气液界面胶体球刻蚀法制备异质结构纳米碗阵列

Small由金属与半导体组成的纳米异质结构由于集成了金属和半导体的性质并且具有二者耦合而产生的新效应,因而在催化、纳米器件、太阳能转化以及生物技术等方面展现出广阔的应用前景。其中,由窄带隙半导体硫化银与贵金属复合而成的纳米异质结构在电学及光学器件、电催化及光催化、生物传感等领域均有着潜在的应用价值,近年来受到人们的广泛关注。然而,目前所报道的硫化银-贵金属纳米异质结构大多为彼此分离的单个纳米结构,它们在实际应用中往往需要进一步集成为大尺度均匀规整的材料或器件。因此,发展一种简便易行的制备半导体-贵金属纳米异质结构的大面积有序阵列的合成策略是人们面临的一项挑战。

北京大学化学与分子工程学院齐利民教授课题组曾发展了一种独具特色的气液界面胶体球刻蚀法,并通过该方法制备了一系列大面积规整有序的单一组分纳米网和纳米碗阵列。最近,他们成功地将该方法拓展至二元复合纳米阵列结构的可控制备,通过简便易行的两步气液界面胶体球刻蚀法实现了Ag2S-Ag异质结构纳米碗阵列的可控制备。厚约60 nm的Ag2S纳米网紧密附着于孔径约600 nm的Ag纳米碗阵列的碗壁上表面,构成了结构新颖的大面积规整有序的Ag2S-Ag异质结构纳米碗阵列。该复合纳米碗阵列可以很方便地转移至导电玻璃FTO基底的表面上,并分别制备成具有典型电阻开关效应的FTO/Ag2S/Ag/FTO电学器件和具有显著光响应特性的FTO/Ag/Ag2S光阳极。当被作为光阳极用于光电化学分解水时,Ag2S-Ag异质结构纳米碗阵列的光催化性能较之Ag2S纳米碗阵列有显著提高。这一方面是由于Ag纳米碗层有利于光生电子从Ag2S向FTO电极的传递,从而有利于电子和空穴的分离,另一方面是由于Ag纳米碗层可以产生显著的光散射效应,从而提高对光的捕获能力。相关结果发表在Small杂志上

该研究工作揭示了气液界面胶体球刻蚀法在制备大面积规整有序的二元复合纳米阵列方面的应用潜力,为具有多重功能的半导体-贵金属异质结构纳米阵列的可控制备提供了一条新的途径。该工作得到了国家自然科学基金委和国家科技部的资助。

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