量子尺寸金铂与铜铂纳米颗粒制备及其光学响应

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近年来,贵金属NPs受到人们的广泛研究和关注,因为它在催化反应,光子学,电子学和生物技术等方面具有的独特性质和应用。贵金属NPs表面等离激元(Surface Plasmon,SP)的特性可以通过控制它们的尺寸大小,形貌结构,成分组成以及孔隙度来调节,从而改善它们在各种应用领域中的性能。贵金属(如Au,Ag,Cu等)与金属SP密不可分。SPR所具有独特的性质,使得它在量子光学,纳米催化,传感器,信息存储和生物医学等领域中都有着潜在的应用价值。贵金属NPs本身可用作光催化剂,并且SPR具有独特的增强光催化活性的能力。在SP的光催化应用研究上,人们已经付出了巨大的努力,实现了通过增强LSPR结合双金属的协同效应来提高金属NPs的光催化效率。光催化的效率与比表面积以及SPR的强度是呈正相关的。随着颗粒的尺寸不断减小,颗粒的比表面积会不断增加,但同时到达量子尺寸之后,超小的NPs的SPR强度会显着降低。因此,近年来人们越来越多的关注到量子尺寸体系中催化效率的优化。通常情况下,SPR较强的金属(例如银(Ag),金(Au)和铜(Cu)等)都具有差的内在催化活性,但同时催化效率较为优异的金属(例如Pt和Pd等)他们都具有较弱的SPR。将Au、Cu这种SPR强的金属与Pt这种催化效率高的合理结合在一起通过双金属的协同效应可以显着提高了光催化效率。上述双金属NPs的突出特性是SPR,SP具有高效的光捕获能力和局部场增强能力。然后,通过SP衰变和高能电子的形成向高化学活性材料转移以促进催化反应的进行。在本论文中,我们主要围绕量子尺寸的Pt@Au与Pt@Cu核壳NPs的LSPR特性来展开研究。我们制备了量子尺寸的Pt@Au与Pt@Cu核壳NPs,研究了Pt@Au与Pt@Cu的LSPR光学性质及其在光催化反应中的应用。第一,我们合成了量子尺寸的Pt@Au核壳NPs。与直径d Au=3.6±0.4 nm的量子尺寸的Au核心NPs相比,随着尺寸增加(Pt壳的厚度增加),具有0.7 nm Pt壳的Pt@Au的SPR波长单调蓝移7.9 nm。相反,与经典尺寸方案中的35 nm Au核心NPs相比,随着尺寸增加(Pt壳厚度增加),具有7 nm壳的Pt@Au的SPR波长红移29.5 nm。量子尺寸的Pt@Au对4-NP:Na BH4的光催化反应速率是经典尺寸Pt@Au的2倍,这表明强SPR和量子尺寸Pt@Au NPs大的比表面积会增强的光催化活性。对于具有SPR增强(MB:H2O2)的光催化中的Pt@Au NPs,量子尺寸NPs的光催化效率大于具有经典尺寸的NPs,并且其几乎不依赖于Au上的Pt的量。因此,我们可以得出结论,量子SPR在Pt@Au NPs的增强光催化作用中起主要作用。第二,我们合成了量子尺寸的Pt@Cu核壳NPs,研究了Pt@Cu NPs在量子尺寸范围内的SPR和SP的光催化活性。与量子尺寸Cu核NPs(d Cu=3.7±0.5nm)相比,随着尺寸增加(Pt壳的厚度增加),随着Pt/Cu比率从0%增加到4%,Pt@Cu核壳NPs的SPR波长从574 nm蓝移到566.8 nm,当Pt/Cu比率进一步增加至14%,SPR从566.8 nm红移到573.7 nm。我们研究比较了量子尺寸Pt@Cu NPs的光催化活性。观察到量子尺寸Pt@Cu的光催化活性随着Pt壳厚度的增加而得到提高。这些发现揭示了量子SPR对增强光催化活性的重要性。最后,我尝试制备了Cu-Pt合金和金纳米杯,探索了影响其形貌结构的影响因素。
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