Small Methods: 生物启发的等离子体光催化剂

随着人类社会面临的能源危机以及环境问题愈发严峻,将太阳能这种取之不尽的可再生清洁能源进行转化,从而应用于社会生产一直是研究的热点领域。其中,半导体光催化剂技术有着高效,低成本,反应条件温和等诸多优势,是众多转化技术中具有突出优势的技术之一。为了解决传统半导体光催化剂可见光利用率低和光生电子与空穴易复合的难题,科研人员将具有表面等离子体共振(LSPR)活性的纳米颗粒掺杂进半导体光催化材料中,来提高半导体催化剂的光催化性能。因为纳米颗粒的LSPR性质可以将特定波长,特别是可见光波段的光能量吸收并在其表面的局域电磁场中释放,从而提高了半导体光催化剂电子跃迁至导带的效率。此外,在半导体和金属纳米材料界面形成的肖特基势垒可以将光生电子和空穴有效地分离,减少它们的原位复合,从而提高了光催化剂的效率。为了进一步提高光催化剂效率,科学家们开始通过模仿自然界中生物的特殊结构、功能及能量转换过程,并辅以各式生物质材料来制备具有优良性能的仿生等离子体光催化剂。

近日,新加坡南洋理工大学陈晓东教授课题组以近年来在该领域的研究为基础,在Small Method期刊发表了以“Bio-inspired plasmonic photocatalysts”为题的综述文章,对这一领域近年来的发展进行了系统地回顾,总结和展望。该文以等离子体光催化剂为核心,从仿生角度展开,总结了对生物界各种特殊结构的研究成果,从抗反射、光子晶体和分枝状生物形态,到以蝴蝶翅膀、树叶等为代表的生物质作为模板和反应物,以及LSPR纳米颗粒与生物细胞器或细菌复合来增强生物体光催化合成能力等方面的最新科研进展。

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