提高光致电子-空穴分离效率有助于实现太阳能转换效率的提高,对于发展高效的光催化剂和光电转换器件具有至关重要的意义。半导体器件是研究电子和空穴分离效率的传统方式,而基于表面等离子激元的能量转换则是一种具有较大潜力的提高的电子-空穴分离效率的新颖方法。本论文研究了这两种能量转换方式,提出了一种在单纳米粒子水平上对电子转移过程进行实时成像研究的新技术,对电子和空穴的分离机理进行深入的探讨,以期有助于新型高效光催化剂和光电转换器件的研制。本论文构建了单个硫化镉纳米粒子和金膜的肖特基结,利用表面等离子共振显微成像技术实时、原位地观察硫化镉纳米粒子电子转移过程中伴随的光学图像变化,进而探究了单颗粒界面的双向电子转移规律。利用静电吸附法将硫化镉纳米粒子以极低的密度(100×100平方微米的区域内均匀分布数十个纳米粒子)修饰在金膜上,置于以0.05 mM的硫化钠溶液中。当蓝光(λ<540nm)照射该金膜-溶液界面时,硫化镉纳米粒子对蓝光光子的吸收会导致光生电子和价带空穴的产生;由于硫化镉纳米粒子与金膜接触形成了肖特基结,产生肖特基势垒(电子陷阱),光生电子可以顺利的转移至金膜。光生电子的转移,有利于硫化镉纳米粒子的光生电子和价带空穴的分离,使硫化镉纳米粒子表面富集空穴。富集的空穴能够氧化溶液中的硫离子,生成单质硫沉积在硫化镉纳米粒子表面。单质硫的沉积改变了硫化镉纳米粒子的等效折射率,使硫化镉纳米粒子的成像对比度增强。而当另一种660 nm的红光对金膜光照时,在合适的激发角度下金膜内的自由电子与入射光发生共振,产生电子集体震荡(平面表面等离子共振效应)。这些具有较高动能的热电子又重新注入到表面价带空穴富集的硫化镉纳米粒子上,导致硫化镉纳米粒子表面沉积的单质硫被还原,使硫化镉纳米粒子的成像对比度减弱,从而实现了该肖特基结上电子双向转移的可视化。本论文利用了平面表面等离子共振成像技术成功地监测了单个硫化镉纳米粒子表面单质硫的沉积和溶解过程,从而实现了硫化镉纳米粒子/金膜构建的肖特基结之间的双向电子转移动力学的可视化研究。与金、银纳米粒子的局域表面等离子共振效应相比,金膜的平面表面等离子共振效应能够很容易地通过调整光学和几何参数实现热电子激发效率的调节。同时,半导体纳米材料个体的形貌和化学组成可以被全面地表征,有利于肖特基结中电子转移规律的系统研究。这些优势将有助于对金属-半导体界面的电子转移机制的深入理解,并对于光催化、光伏器件和光电化学传感的相关应用研究具有很大的促进作用。