等离子体半导体材料与金属有机骨架核壳结构的光热催化应用

Abstract

基于带边吸收的传统半导体光催化过程由于其有限的太阳光捕获效率和复杂的表界面化学过程,效率依然有待提高。近年来,贵金属纳米材料的局域表面等离激元共振(LSPR)效应已被证明可以通过光热催化有效提高太阳能到化学能的转化。但其成本高、储量少、近红外吸收弱和严重的表面依赖性,依然不是理想的光热催化体系。本文中,我们通过构筑分级结构Cu_7S_4微球和沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)的核壳结构,实现了光热增强的[3+3]环加成催化反应。Cu_7S_4微球的纳米片次级结构可以支持LSPR效应~([1]),同时其聚集效应和光学空腔结构进一步增强了对太阳光的吸收能力,并产生了很高的表面温度。激光实验表明,光照反应转化率是无光常温反应的4.5-5.4倍,其中1.6-1.8倍来源于局域热效应。另外,模拟太阳光实验得到了较高的光热活化效率(PTAE),证明了等离子体半导体材料光热催化途径的高效性和普适性。