全金属Ag@Au@M(M=Pd,Pt)等离子体光催化材料的制备及其催化机理的单颗粒光谱研究
批准号:
21802087
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.5 万元
负责人:
郑昭科
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张倩倩、李蒙蒙、高玉刚、李慧亮、马法豪、梁忠
中文摘要
表面等离子体光催化材料因其表面等离子体共振效应(SPR),能有效吸收光能并产生“热电子”,是光催化领域研究热点之一。但热电子在金属到半导体的传输过程中寿命极短抑制了其有效利用,导致光能转换率较低。全金属等离子体光催化材料可同时作为吸光和催化反应中心,抑制能量耗散进而提高光能利用率。然而,该体系光吸收能力仍有待提高且机理不明确。进一步改善全金属等离子体光催化材料的光吸收和热电子利用率,并研究其物理化学过程,对表面等离子体光催化材料活性提高和发展推广具有非常重要的科学意义。本项目拟利用具有核壳结构的双金属等离子体纳米颗粒(Ag@Au)来增强光吸收,进而提高Ag@Au@M(M=Pd,Pt)全金属等离子体光催化材料的催化活性,结合单颗粒光谱技术,研究热电子产生和转移的具体物理化学过程,揭示SPR效应在光催化反应中的增强机制,最终实现光能-化学能的高效转换。
英文摘要
Plasmonic photocatalysts, which can effectively utilize light energy and generate "hot electrons" due to their surface plasmon resonance (SPR), is a research hotspot in the field of photocatalysis. However, the transfer of hot electrons from metal to semiconductor suppresses the efficient use of hot electrons due to their short lifetime, resulting in a low conversion rate of light energy. All-metal plasmonic photocatalysts, which can act as the absorption and catalytic reaction center simultaneously, inhibit the energy dissipation and thus improve the utilization of light energy. However, the light absorption capacity of the system still needs to be improved and the mechanism is not clear. Further enhancing the light absorption capacity and the hot electron utilization efficiency of all-metal plasmonic photocatalysts, and studying their physico-chemical processes are of great scientific significance for improving the activity of plasmonic photocatalysts and for their promotion. This project intends to utilize the bimetallic Ag@Au core-shell structure to enhance the light absorption and further improve the catalytic activity of the Ag@Au@M (M = Pd, Pt) plasmonic photocatalysts. Combined with single-particle-resolved spectroscopy, the physico-chemical processes of hot-electron generation and transfer are studied. The mechanism of plasmon-enhanced catalytic reaction is explored in detail, and finally efficient conversion of light energy-chemical energy can be achieved.
全金属等离子体光催化材料可同时作为吸光和催化反应中心,抑制能量耗散进而提高光催化活性。然而,该体系光吸收能力仍有待提高且机理不明确。本项目利用具有核壳结构的双金属等离子体纳米颗粒增强光吸收,提高了系列全金属等离子体光催化材料的催化活性,结合单颗粒光谱技术,研究了热电子转移的具体物理化学过程,并揭示等离子体增强催化的作用机制。首先,以Ag@Au核壳结构作为高效的双金属等离激元吸光中心,进而在其表面进行Pd的有序岛状外延生长,设计并合成了Pd修饰的Ag@Au核壳纳米片(Ag@Au@Pd HNPs),其独特的有序点状结构可产生更显著的近场增强效应,显著提升了该材料甲酸分解制氢的催化活性。在上述结果的基础上,通过晶种法制备了各向异性Pd-Au纳米棒,以甲酸为氢供体,其表现出高效的等离子体增强硝基苯加氢性能,原位单颗粒光谱证实了颗粒/甲酸界面态的形成,提供了一个更为高效的等离子衰减途径。为了进一步研究SPR增强催化的反应机制,针对Au-Pt纳米棒开展了单颗粒单分子研究,通过监测单颗粒表面产物生成速率来研究SPR的催化机制,发现热电子的参与使反应机理发生了改变,导致暗处进行的竞争吸附模型转变为非竞争吸附模型,进而避免了在高浓度下由于反应物竞争吸附引起的催化速率衰减。通过本项目的研究,进一步提高了光吸收和热电子分离效率,为促进等离子体光催化技术应用推广提供了新的方法思路及材料体系。近三年来,在ACS Catal., Appl. Catal. B: Environ., Nano Lett.等学术期刊发表SCI论文13篇。
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Plasmon-induced dehydrogenation of formic acid on Pd-dotted Ag@Au hexagonal nanoplates and single-particle study
Pd点Ag@Au六方纳米片上等离激元诱导甲酸脱氢及单粒子研究
DOI:
10.1016/j.apcatb.2020.119226
发表时间:
2020-11
期刊:
Applied Catalysis B: Environmental
影响因子:
--
作者:
[Fengxia Tong, Zaizhu Lou, Xizhuang Liang, Fahao Ma, Weijie Chen, Zeyan Wang, Yuanyuan Liu, Peng Wang, Hefeng Cheng, Ying Dai, Zhaoke Zheng, Baibiao Huang]
通讯作者:
Baibiao Huang
Surface Fluorination Engineering of NiFe Prussian Blue Analogue Derivatives for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction
用于高效析氧反应的 NiFe 普鲁士蓝类似物衍生物的表面氟化工程。
DOI:
10.1021/acsami.0c20886
发表时间:
2021-01-22
期刊:
ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:
9.5
作者:
[Ma, Fahao, Wu, Qian, Huang, Baibiao]
通讯作者:
Huang, Baibiao
Ni3B as a highly efficient and selective catalyst for the electrosynthesis of hydrogen peroxide
Ni3B作为一种高效、选择性的催化剂用于电合成过氧化氢
DOI:
10.1016/j.apcatb.2020.119371
发表时间:
2020-12
期刊:
Applied Catalysis B: Environmental
影响因子:
--
作者:
[Fahao Ma, Shuhua Wang, Xizhuang Liang, Cong Wang, Fengxia Tong, Zeyan Wang, Peng Wang, Yuanyuan Liu, Ying Dai, Zhaoke Zheng, Baibiao Huang]
通讯作者:
Baibiao Huang
Electrodeposition of NiFe layered double hydroxide on Ni3S2 nanosheets for efficient electrocatalytic water oxidation
NiFe层状双氢氧化物在Ni3S2纳米片上的电沉积用于高效电催化水氧化
DOI:
10.1016/j.ijhydene.2020.01.113
发表时间:
2020-03
期刊:
International Journal of Hydrogen Energy
影响因子:
7.2
作者:
[Zhong Liang, Peng Zhou, Zeyan Wang, Peng Wang, Yuanyuan Liu, Xiaoyan Qin, Xiaoyang Zhang, Ying Dai, Zhaoke Zheng, Baibiao Huang]
通讯作者:
Baibiao Huang
Targeted Regulation of the Electronic States of Nickel Toward the Efficient Electrosynthesis of Benzonitrile and Hydrogen Production.
有针对性地调节镍的电子态以实现苯甲腈的高效电合成和氢气生产。
DOI:
10.1021/acsami.1c16048
发表时间:
2021-11
期刊:
ACS Appl Mater Interfaces
影响因子:
--
作者:
[Ma Fahao, Wang Shuhua, Han Liuyuan, Guo Yuhao, Wang Zeyan, Wang Peng, Liu Yuanyuan, Cheng Hefeng, Dai Ying, Zheng Zhaoke, Huang Baibiao]
通讯作者:
Huang Baibiao
共 12 条
金属-重掺杂半导体双表面等离子体耦合增强催化反应的单颗粒光谱研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:郑昭科
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依托单位:
金属-重掺杂半导体双表面等离子体耦合增强催化反应的单颗粒光谱研究
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批准号:22072072
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2020
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负责人:郑昭科
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依托单位:
国内基金
海外基金