在人类文明的快速发展过程中,随着自然资源的严重损耗,能源危机和环境问题变得不可避免。由于绿色、环保和经济的特点,光催化技术在解决工业和社会发展所带来的这一系列的问题方面具有独到的优势。对于光催化而言,高效的光生载流子的迁移和分离是实现光催化活性增强的最重要的因素。为了实现高效的光生载流子的分离,目前研究的重点主要集中在光催化材料的掺杂、构建异质结结构和与贵金属进行耦合等方面。然而载流子在光催化材料中的随机方向的分离使得其分离效率很难提高,因为随机的分离会导致大部分光生电子和光生空穴的复合,从而降低光催化材料的催化性能。因此,为了进一步提高光催化的性能和光生载流子的有效利用,实现载流子的空间定向分离和分布是十分重要的因素。因此,光催化活性以及载流子的分离仍需进一步提高来应对环境污染难题,从而加快光催化在环境领域的实际应用。在本文中,我们首次通过水热法、选择性暴露和光化学原位还原技术在导电玻璃FTO基底上制备了非对称结构的Au/Zn O纳米棒阵列,并对其光电化学性能以及催化性能进行了研究,同时对催化性能大幅度增强的机理进行了研究。主要研究成果如下:(1)通过传统水热法制备了垂直排列且直径均匀的Zn O纳米棒阵列,制备的Zn O纳米棒长度为2μm,直径为120 nm。然后通过选择性暴露和光化学原位还原技术成功制备了非对称结构的Au/Zn O(记作Asy-Au/Zn O)纳米棒阵列,其中Au NPs沉积在Zn O纳米棒顶部的长度为500 nm,Au NPs的直径为10 nm。(2)与Zn O和对称结构的Au/Zn O(记作Sy-Au/Zn O)相比,在相同条件下Asy-Au/Zn O能够产生更多的活性氧物种(如·OH),即Asy-Au/Zn O具有更高的催化活性。同时,在催化降解Rh B染料75 min过后,Asy-Au/Zn O表现出了最高的压电催化活性(62%)、光催化活性(62%)以压电-光协同催化活性(95%)。在三次循环性能试验过后,Asy-Au/Zn O的形貌保持良好,而且Au纳米颗粒(NPs)仍然牢牢的沉积在Zn O纳米棒的顶部。同时在降解MB染料75 min之后,Asy-Au/Zn O同样表现出了最高的压电-光协同催化活性(97%)。此外,单纯的超声或光照对Rh B和MB几乎没有降解。催化实验数据表明这种独特的具有压电和局域表面等离子体共振(LSPR)协同效应的非对称纳米结构在光催化领域的优越性。(3)基于催化实验和光学以及光电性能的表征数据,我们提出了Asy-Au/Zn O催化性能增强的初步机理。在全光谱辐照过程中,其紫外光部分可以激发Zn O产生电子空穴对,当Au NPs沉积在Zn O纳米棒上时,在Au/Zn O界面处会形成肖特基势垒,这可以有效地抑制光或超声产生的电子和空穴的复合。在光的照射下,等离子体Au NPs的LSPR效应会激发出大量的能量高于肖特基势垒的热电子,这些热电子可以通过肖特基势垒被注入到Zn O的导带,同时在Au NPs当中留下等量的空穴。这些热电子和热空穴随后分别转移到Zn O和Au的表面,然后与溶液中的电子施主和电子受主发生反应,产生高活性的活性氧物种来降解有机染料分子。此外,超声作用下Zn O纳米棒变形所产生的压电势不仅可以降低肖特基势垒,从而提高热电子从Au NPs向Zn O的注入效率,同时也能够直接促进光生载流子的分离和迁移,进而使得催化活性大幅度的提高。更重要的是,独特的非对称一维纳米结构可以调节电子和空穴沿一维纳米结构方向进行空间上的定向分离和分布,从而实现载流子的长期分离状态。最后,这种经过合理设计的非对称一维纳米结构的Asy-Au/Zn O,表现出了明显增强的催化效率。这项研究为实现高效的载流子分离提供了一种新途径,同时也为设计独特的不对称纳米结构以实现压电催化和光催化的协同作用开辟了新的途径。