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基于特殊光纤结构的局域表面等离子体共振效应生物传感器研究

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基于特殊光纤结构的局域表面等离子体共振效应生物传感器研究

作者：王智聊城大学

学位级别：硕士

局域表面等离子体共振效应（LSPR,Localized Surface Plasmon Resonance）是一种发生在贵金属纳米粒子（例如Au、Ag等）表面的局域共振现象,这种现象由特定频率的入射光子和纳米粒子中自由电子的相互作用引起。基于LSPR特性所开发出来... 详细信息

局域表面等离子体共振效应（LSPR,Localized Surface Plasmon Resonance）是一种发生在贵金属纳米粒子（例如Au、Ag等）表面的局域共振现象,这种现象由特定频率的入射光子和纳米粒子中自由电子的相互作用引起。基于LSPR特性所开发出来的光纤生物传感器（OFBs）具有高灵敏度、高选择性、实时检测以及无需标记等优点,被广泛用于医学指标检测领域。本文以改变光纤波导结构为出发点,通过对光纤进行加工处理,以提高传感探针的传感性能。对光纤加工设备合束器制造系统（CMS）的结构、原理以及操作进行了较为详细的描述。随后利用CMS制作了不同锥腰直径的锥形光纤（TOF）,并对其传感性能进行了比较与评估。结果表明,随着腰区直径的降低,TOF的泄光能力逐渐提高。进一步,还开发了新型复合TOF结构（CTOF）,如锥中锥结构（TIT）和锥中四锥结构（TIT4T）并对其传感性能进行了分析与讨论。随后将两种复合锥形探针用于浓度从0到1000 U/L的谷丙转氨酶（ALT,Alanine aminotransferase）分析物的定量检测实验。在实际检测ALT浓度实验中,通过在探针的传感区表面固定金纳米颗粒（Au NPs）用于激发LSPR现象,并辅助修饰二维纳米材料,如二氧化铈（Ce O-NPs）、二硫化钼（Mo S-NPs）以及氧化石墨烯/多壁碳纳米管（GO/MWCNTs）混合材料等,用于提高OFBs的生物相容性和稳定性。经实验结果分析,TIT传感器可在ALT浓度为10～1000U/L范围内,ALT酶浓度与共振谱峰波长呈线性关系,曲线拟合度高达95.99%,检测极限为10.61 U/L,灵敏度为4.1 pm/（U/L）。TIT4T传感器在0～1000 U/L浓度范围内,线性拟合度为94.02%,灵敏度可达7.5 pm/（U/L）,检测极限为4.84 U/L。可以看出,TIT4T探针在实验中表现出更高的检测范围、灵敏度和检测极限,但是线性拟合度有所下降。此外,两种探针均表现出了极高的可重复使用性、再现性、稳定性和特异选择性。通过与其他传感器进行比较,分析结果表明所制备的两种LSPR-OFBs表现出较好的传感性能,在肝损伤检测的临床应用中表现出较大的发展潜力。

关键词：局域表面等离子体共振效应光纤生物传感器复合锥形光纤谷丙转氨酶

Cu/TiO2复合光催化材料体系中局域表面等离子体共振效应研究

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Cu/TiO2复合光催化材料体系中局域表面等离子体共振效应研究

作者：姚国英昆明理工大学

学位级别：硕士

能源短缺和环境污染一直是当今社会发展所面临的两大难题。半导体光催化技术是利用太阳能制取清洁能源、净化环境的有效策略之一。自光催化技术问世以来,科研人员已经投入巨大努力开发高效的光催化材料。目前,在众多的光催化材料体系中... 详细信息

能源短缺和环境污染一直是当今社会发展所面临的两大难题。半导体光催化技术是利用太阳能制取清洁能源、净化环境的有效策略之一。自光催化技术问世以来,科研人员已经投入巨大努力开发高效的光催化材料。目前,在众多的光催化材料体系中,金属-半导体复合材料,特别是等离子体金属-半导体复合材料,由于其特有的局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)效应,一方面可以利用共振吸收拓宽传统半导体光催化材料的光谱响应范围,另一方面利用局域电场增强提高量子转换效率,从而显著提高太阳能转换效率,成为光催化技术领域的研究热点。金属Cu相比于其他等离子体金属具有产量丰富、价格低廉和等离子体共振吸收峰位于可见光区域的优点。因此,将Cu与TiO半导体结合构筑高效光催化材料,有望实现大规模生产应用。然而,普通球形Cu纳米颗粒在约580 nm处产生LSPR效应,而其电子的带间跃迁从价带到费米能级发生在大约590 nm以下的波长处,LSPR效应和带间跃迁之间的重叠导致Cu纳米粒子的LSPR效应的大幅衰减;另一方面,Cu纳米颗粒的易氧化性质也会对其LSPR造成影响。基于此,本论文通过有限时域差分法和第一性原理计算系统研究了Cu/TiO复合异质结构的LSPR效应产生、调控;Cu的氧化物(即CuO)的存在对Cu的LSPR效应和Cu/TiO异质结构光催化性能的影响,并且探索了在实际条件下一些实际因素对LSPR效应的影响。主要研究内容与结果如下:(1)首先我们采用溶胶-凝胶法和湿化学法成功地制备出Cu/TiO复合纳米球,并通过降解甲基橙评估了Cu的LSPR效应在光催化中的积极作用。然后通过时域有限差分法模拟不同构型的Cu/TiO纳米球的LSPR效应。改变入射光方向、纳米球尺寸、环境介质常数等实际参数,详细讨论Cu/TiO纳米球的LSPR效应变化规律及趋势。通过第一性原理计算分析Cu/TiO产生LSPR效应的内在机制。计算结果表明:当Cu纳米球逐渐沉入TiO纳米球中形成核-壳构型时,Cu纳米球的LSPR吸收可以逐渐红移而移出带间跃迁区域并得到有效的激发。通过态密度分析,Cu/TiO异质结构的界面态是产生这些红移的关键因素。在“担载”、“嵌入”和“核壳”三种Cu/TiO构型中,预计“嵌入”构型能有更为出色的光催化性能,因为该构型受光入射方向的影响较小,能有效激发的LSPR波长和局部电场强度,并为光催化氧化还原反应提供更多的反应活性位点。(2)通过有限时域差分法仿真了Cu逐层氧化为CuO形成Cu@CuO核壳结构的LSPR特性。基于实验中的SEM图像,合理的构建了可能存在的Cu/CuO/TiO三元光催化剂的全部构型。并通过第一性原理计算了Cu/CuO和CuO/TiO二元异质结构的界面性质。计算结果表明:Cu/TiO异质结构中存在CuO能将LSPR峰直接移出带间跃迁范围之外。Cu@CuO/TiO这种构型明显地削弱了由Cu纳米球的LSPR效应而产生的局域电场强度。然而,Cu/TiO/CuO构型(其中Cu核和TiO纳米粒子可以直接接触)成功地改善了由Cu核的LSPR效应产生的界面电场强度。此外,以Cu/TiO/CuO构型引入了法诺共振,以进一步增强界面电场。同时,由Cu核的LSPR效应产生的热电子很容易越过Cu/TiO界面下的肖特基势垒。通过对电子结构的分析,Cu/CuO/TiO三元复合光催化剂中可能存在三种能带结构,并详细讨论了可能的电子转移过程。(3)通过时域有限差分法模拟了不同构型、不同排列方式、不同周期、以及发生氧化后的Cu纳米球阵列/TiO复合光电极的LSPR特性。计算结果表明:当紧密排列的六角Cu纳米球阵列完全沉入到TiO薄膜中的吸收增强是最优的,且不影响TiO在紫外光区域的吸收。并且由于Cu纳米球之间的散射效应和Cu与TiO的强相互作用,使得在450-550 nm波长内出现一个强的吸收,从而实现Cu纳米球阵列/TiO复合光电极在300-1000 nm范围内的宽光谱响应。此外,在六角纳米球阵列中发生四极模式振荡有利于入射光耦合到下方的TiO,以促进TiO的光吸收。然而,CuO的存在减弱了Cu纳米球的LSPR效应,但是CuO覆盖层的存在可以提高在500 nm波长附近的光吸收,且提供了新的界面用于光生载流子的分离以及更多的反应活性位点用于还原反应。综合考虑,间隙为2 nm的六角纳米球阵列可能大幅增强光电化学体系光电极分解水的性能。本文通过有限时域差分法和第一性原理计算相结合,系统地研究了Cu/TiO异质结构中LSPR效应的产生机制,并提出通过改变Cu与TiO的相对位置调控LSPR移离Cu的带间跃迁区域的有效方法;详细地分析了CuO氧化层的存在对Cu纳米球LSPR效应的影响机制,以及明确了CuO在分离光生载流子中起到的积极作用

关键词：光催化局域表面等离子体共振效应 TiO2 Cu纳米球异质结构

基于金纳米颗粒局域表面等离子体共振的聚合物波导生物传感器

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基于金纳米颗粒局域表面等离子体共振的聚合物波导生物传感器

作者：陈浩晟厦门大学

学位级别：硕士

近年来,光学生物传感器凭借灵敏度高、分析速度快和结果准确等特点取得了快速的发展,而光波导生物传感器作为其中的热门研究对象之一,在食品安全、环境检测和医疗诊断等领域有着广泛的应用前景。常见的光波导生物传感器结构有直波导、... 详细信息

近年来,光学生物传感器凭借灵敏度高、分析速度快和结果准确等特点取得了快速的发展,而光波导生物传感器作为其中的热门研究对象之一,在食品安全、环境检测和医疗诊断等领域有着广泛的应用前景。常见的光波导生物传感器结构有直波导、弯曲波导、微环型波导以及MZI波导。其中,直波导器件需要绑定贵金属纳米颗粒后才具有较高的灵敏度;制备微环型波导器件需要用到高分辨率的光刻机甚至电子束光刻;制备MZI波导器件需要用到二次光刻。由于弯曲波导器件具备较高的检测灵敏度,并且它的制备流程简单,成本相对低廉,所以具有较为广阔的市场前景。本论文研究了基于金纳米颗粒局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)效应的聚合物直波导型传感器和S弯曲波导传感器,从材料合成、器件制备以及性能测试三个方面开展了工作。本论文主要完成的工作如下:1.采用柠檬酸钠还原法制备了粒径约为40 nm的金纳米颗粒溶液,该溶液的吸收峰位于532 nm,对NaCl溶液的灵敏度为0.11 △A/RIU。2.研究了聚合物直波导和聚合物S弯曲波导的传感理论,设计了聚合物S弯曲波导,确定了 S弯曲波导最佳弯曲半径为800 μm,最佳输入输出直波导长度为0.9 cm。探究了金纳米颗粒与聚合物波导的绑定条件。采用PDMS薄膜和工字型亚克力板结构制备了微流控通道,并与波导集成,解决了微流控通道内的漏液问题和光路测试中的耦合问题。3.制备了绑定金纳米颗粒的聚合物直波导传感器。对于不同浓度的NaCl溶液的检测灵敏度为2.8 △A/RIU,线性度为0.9925。该传感器对人IgG溶液的检测下限为0.1 μg/mL。当检测范围为10 μg/mL-50 μg/mL时,该传感器的检测结果是非线性的。通过对比检测兔IgG抗原、蔗糖、NaCl、BSA和AFP溶液,显示该传感器具有良好的选择性。4.制备了绑定金纳米颗粒的聚合物S弯曲波导传感器。对比了金纳米颗粒在聚合物S弯曲波导中的传感作用。结果表明,对于不同浓度的NaCl溶液,有无金纳米颗粒绑定的聚合物S弯曲波导的灵敏度分别为11.27 △A/RIU和14.74△A/RIU,线性度分别为0.98891和0.99194。同时,与绑定金纳米颗粒的聚合物直波导相比,灵敏度分别提高了约4倍和5.3倍。该传感器对人IgG溶液的检测下限为1 μg/mL。当检测范围为10 μg/mL-50 μg/mL时,该传感器的检测结果是线性的,线性度为0.99083。通过对比检测兔IgG抗原、蔗糖、NaCl、BSA和AFP溶液,显示该传感器具有良好的选择性。

关键词：局域表面等离子体共振效应聚合物直波导聚合物S弯曲波导 PDMS微流控通道人IgG溶液

多孔TiCT用于高效电催化析氢反应（英文）

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Journal of Donghua University(English Edition) 2024年

作者：刘影惠明明卜凡兴罗维东华大学材料科学与工程学院上海大学文化遗产与信息管理学院硅酸盐质文物保护教育部重点实验室

MXene是一种新兴的二维过渡金属碳化物或氮化物，具有高度可调控的组分和表面官能团，在电催化析氢反应中表现出巨大的应用前景，但是MXene纳米片极易堆叠且缺乏活性的边缘位点，会降低活性位点的可及性。此工作开发了氧化刻蚀的方法，... 详细信息

MXene是一种新兴的二维过渡金属碳化物或氮化物，具有高度可调控的组分和表面官能团，在电催化析氢反应中表现出巨大的应用前景，但是MXene纳米片极易堆叠且缺乏活性的边缘位点，会降低活性位点的可及性。此工作开发了氧化刻蚀的方法，合成了多孔Ti3C2Tx，并通过一系列光谱学表征，解析了Ti3C2Tx和多孔Ti3C2Tx的结构特征。发现多孔Ti3C2Tx表面存在大量面内孔，具有很高的比表面积(111.4 m2/g)，这不仅增加了大量边缘活性位点，而且提高了活性位点的可及性。电化学测试结果表明，相比于Ti3C2Tx，多孔Ti3C2Tx在0.5 mol/L H2SO4电解质中的电化学活性比表面积是Ti3C2Tx的1.7倍(440 mF/cm2)，电荷转移电阻降低了95.1%（12.8 Ω），塔菲尔斜率降低了69.8%（144 mV/dec），因此在电流密度为10 mA/cm2时表现出了更低的过电位（535.5 mV），且具有很好的稳定性。同时，利用Ti3C2Tx的局域表面等离子体共振效应，可在近红外激光辐照下进一步提升多孔Ti3C2Tx电催化析氢反应性能。

关键词：多孔Ti C T 析氢反应边缘活性位点局域表面等离子体共振效应

纳米银颗粒局域表面等离子体效应在聚合物光子学中的应用

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纳米银颗粒局域表面等离子体效应在聚合物光子学中的应用

LSPR生物传感器在临床医学检测应用中的研究进展

长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛

作者：张斗国王沛焦小瑾周京利孙友谊苑光辉邓燕孙晓红章江英曹立张其锦明海张泽渤中国科学技术大学物理系安徽省光电子科学与技术重点实验室中国科学技术大学高分子科学与工程系中科院物理研究所光物理开放实验室

本文将表面等离子体亚波长光学和聚合物光子学结合起来,研究了纳米银颗粒的局域表面等离子体共振效应在聚合物光子学中的应用。实验研究表明:金属颗粒的局域表面等离子共振增强效应可以有效的提高偶氮聚合物光致取向的速度和染料掺杂聚... 详细信息

本文将表面等离子体亚波长光学和聚合物光子学结合起来,研究了纳米银颗粒的局域表面等离子体共振效应在聚合物光子学中的应用。实验研究表明:金属颗粒的局域表面等离子共振增强效应可以有效的提高偶氮聚合物光致取向的速度和染料掺杂聚合物薄膜的荧光强度。这些研究对于发展新型多功能聚合物光子器件有一定的指导作用。

关键词：纳米银颗粒局域表面等离子体共振效应聚合物光子学

来源： cnki会议评论

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光电工程 2017年第2期44卷 152-160页

作者：段瑞岐于秀章兰竹李林郄明蓉四川大学华西第二医院妇产科出生缺陷与相关妇儿疾病教育部重点实验室成都610041

肿瘤标志物在人类医学及恶性肿瘤的早期诊断、治疗监测及预后评估方面具有重要作用。目前血清肿瘤标志物的检测方法主要有放射免疫法(RIA),酶联免疫吸附法(ELISA)及化学发光免疫法(CLEIA)等,这些方法各自存在放射性污染、操作繁琐、检... 详细信息

肿瘤标志物在人类医学及恶性肿瘤的早期诊断、治疗监测及预后评估方面具有重要作用。目前血清肿瘤标志物的检测方法主要有放射免疫法(RIA),酶联免疫吸附法(ELISA)及化学发光免疫法(CLEIA)等,这些方法各自存在放射性污染、操作繁琐、检测时间长、价格昂贵等缺点,限制了血清肿瘤标志物在临床医学及肿瘤检测中的应用。新近出现的基于局域表面等离子体共振效应(LSPR)的传感器因在生物医学检测领域极具优势而成为研究热点。基于局域表面等离子体共振效应的生物传感器,利用贵金属纳米结构对周围介质环境变化敏感的基本原理,可将生物分子吸附引发的金属纳米颗粒外界介质折射率的改变转化为可测量的LSPR峰值吸收波长有规律的移动以实现对传感器表面样品的检测,具备检测灵敏度高、特异性好、免标记、设备便携、成本低的优点,具备临床检测潜力。但到目前为止,利用此传感器检测与疾病及肿瘤相关的肿瘤标志物的类似研究报道较少。在本文中,我们针对LSPR生物传感器的传感原理、国内外的研究进展以及我们在此方面的主要研究成果进行了综述。

关键词：局域表面等离子体共振效应生物传感器临床医学肿瘤标志物

埃洛石纳米管担载BaSnO3/TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究

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埃洛石纳米管担载BaSnO3/TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究

作者：李太山成都理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业化、城镇化的推进以及人口数量的不断增长,全球生态环境污染情况持续恶化。其中,大量的残渣和染料等有机污染物直接排放至水体环境中对淡水资源造成了巨大威胁。因此,有机污染物的降解已成为现阶段环境修复工作的重点。... 详细信息

近年来,随着工业化、城镇化的推进以及人口数量的不断增长,全球生态环境污染情况持续恶化。其中,大量的残渣和染料等有机污染物直接排放至水体环境中对淡水资源造成了巨大威胁。因此,有机污染物的降解已成为现阶段环境修复工作的重点。在吸附法、电化学法、微生物降解法、半导体光催化降解技术、膜过滤法等多种方法中,半导体光催化降解技术被认为是最具有前途的方法。其中,锐钛矿型TiO2因价格低、无毒、稳定性好、耐腐蚀、高催化活性等优点成为传统光催化剂中研究最广的材料之一。但是,其宽禁带（～3.2 eV）和高的光生电荷复合率往往导致光催化反应的降解效率较低。因此,基于TiO2自身存在的两大缺陷,本论文采取相应的改性手段:利用钙钛矿材料BaSnO3（成本低、化学毒性低、电子迁移率高、密度大和稳定性高）及贵金属单质Ag纳米颗粒（局域表面等离子共振效应,LSPR）对TiO2进行修饰,以达到降低光生电子-空穴对的复合率和拓宽TiO2的光响应范围的目的。然而,大多数纳米颗粒都存在易团聚、难回收和再循环等缺点,进而影响到光催化剂的活性和稳定性,并限制了其大规模生产应用。埃洛石纳米管（HNTs）是一种比表面积大、低成本、热稳定性高、高吸附性、无毒和耐高机械强度的天然粘土矿物材料,以HNTs为载体制备TiO2@HNTs复合材料,不仅可以提高TiO2的分散性和比表面积,而且有利于将目标污染物吸附到复合材料的表面参与光催化反应。主要工作及相应的研究结果如下:（1）以TiO2为主体光催化剂,HNTs为载体。通过溶胶-凝胶法制备TiO2@HNTs负载型光催化剂。然后以一定量的SnCl4·5H2O、BaCl2·2H2O和C6H8O7·H2O为原料,利用过氧化物共沉淀法将BaSnO3与TiO2@HNTs耦合形成异质结,制备出不同BaSnO3和TiO2@HNTs质量比的BaSnO3/TiO2@HNTs（BTH-x）复合材料。然后利用XRD、SEM、EDS、XPS、FT-IR、UV-vis DRS、PL、EIS、IC及BET等表征手段对复合材料的物理化学性质进行了测试。最后,考察了BaSnO3/TiO2@HNTs复合材料降解亚甲基蓝（MB）的光催化活性及稳定性,并通过捕获实验确定了催化降解过程中的活性物种。结果显示,当BaSnO3负载量为60%时,复合材料的催化活性最高。在模拟太阳光光照下5 h后,MB的降解率可达到91.67%。（2）利用溶胶-凝胶法和过氧化物共沉淀法制备出光催化性能优良的BaSnO3/TiO2@HNTs复合材料。然后利用超声离子辅助化学还原法将贵金属Ag纳米颗粒沉积在BaSnO3/TiO2@HNTs表面,制备出了具有等离子体共振效应的Ag/BaSnO3/TiO2@HNTs（ABTH-x）三元复合材料。通过XRD、SEM、EDS、TEM、XPS、UV-vis DRS、PL及EIS等表征手段对光催化剂进行表征测试,并考察了不同Ag纳米颗粒含量的ABTH-x材料在模拟太阳光照下降解亚甲基蓝的光催化活性及稳定性。结果显示,当Ag的含量为20%时,复合光催化剂的活性最高,模拟太阳光光照2 h后,MB的降解率达到96.34%。同时,提出了Ag/BaSnO3/TiO2@HNTs和BaSnO3/Ag/TiO2@HNTs两种三元复合材料可能存在的降解机制。

关键词： TiO2 BaSnO3 Ag 埃洛石纳米管异质结局域表面等离子体共振效应

基于自下而上法制备的氮掺杂石墨烯量子点及其光催化性能研究

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基于自下而上法制备的氮掺杂石墨烯量子点及其光催化性能研究

作者：孙清锋江苏大学

学位级别：硕士

石墨烯量子点作为一种新型的发光碳纳米材料,是目前研究的重点和热点之一。与传统的半导体量子点相比,石墨烯量子点既有其良好的荧光性能,又具有碳材料天然的无毒性。此外,其表面因含官能团而易于溶剂分散和改性应用。基于石墨烯量子点... 详细信息

石墨烯量子点作为一种新型的发光碳纳米材料,是目前研究的重点和热点之一。与传统的半导体量子点相比,石墨烯量子点既有其良好的荧光性能,又具有碳材料天然的无毒性。此外,其表面因含官能团而易于溶剂分散和改性应用。基于石墨烯量子点优异的性能,其在各个领域尤其是光催化方面体现出了重要的价值。石墨烯量子点合成方便,无毒性及稳定的荧光特性尤其是上转换发光特性,并且还能改善催化剂的光催化活性。因此,石墨烯量子点在光催化领域的实际应用有着十分明显的优势。基于以上分析,我们制备了氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs),以及开展了氮掺杂石墨烯量子点/钒酸铋复合物、氮掺杂石墨烯量子点/纳米Ag/钒酸铋三元复合物的制备工艺及光催化性能方面的研究和探索。具体工作如下:(1)以一水合柠檬酸和尿素分别作为碳源和氮源,在水热环境下通过热解法成功制备了荧光量子产率达到18.9%的氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)。该方法简单方便,且条件可控,制备出来的NGQDs发蓝色荧光。我们通过延长反应时间来调控NGQDs的尺寸,从而实现对其光学性质的调控研究。然后,借助于一系列的形貌、结构和光学表征手段,系统分析了NGQDs的尺寸与荧光性能之间的联系。并且我们探究pH值的大小对NGQDs荧光强度的影响,得知在中性条件下NGQDs的荧光最强。也研究了不同离子浓度和不同溶剂对NGQDs荧光强度的影响,实验结果表明不同离子浓度对其荧光强度无甚大影响,而不同溶剂则表现出了一定程度的荧光淬灭现象。并通过Zet a电位测定NGQDs具有良好的物理稳定性。(2)通过直接和简单的“自下而上”的方法,在水热条件下合成了具有优异发光性能的NGQDs。所制备的NGQDs表现出不依赖激发的上转换荧光特征。然后,又通过水热反应及沉积技术制备了NGQDs/BiVO复合光催化剂,并通过一系列表征手段证明NGQDs成功地负载在BiVO表面。通过光催化降解亚甲基蓝(MB)实验可得,复合光催化剂表现出增强的可见光光催化活性。NGQDs/BiVO复合物的光催化增强性能可以归因于NGQDs的上转换发光性能以及降低电子-空穴对的复合率。此外,该NGQDs/Bi VO4复合光催化剂显示出良好的稳定性。通过固体紫外、荧光及电化学检测等表征分析和自由基捕获实验研究了复合光催化剂的催化机理,揭示了材料界面的电子转移情况以及超氧自由基作为主要活性物质进行了光催化降解MB。(3)采用水热还原法和沉积法制备了NGQDs/Ag/BiVO三元复合纳米材料,基于纳米Ag的LSPR效应,构建了NGQDs/Ag/Bi VO4三元等离子体型复合物降解盐酸四环素(TC·HCl)的催化体系。由于纳米Ag的LSPR效应,光生电子和空穴得到了有效分离,其中,纳米Ag的电子存储作用、LSPR效应引起的直接电子迁移作用(DET)和能量迁移(PIR ET)三者的共同作用促使了电子-空穴对的分离。通过XRD、XPS、SEM和TEM对三元复合物进行了结构和形貌表征,利用电化学检测对所制备样品的电化学稳定性和载流子迁移情况进行了研究。同时自由基捕获实验和顺磁共振技术测试(ESR)检测证实了·O2-和·OH自由基是在光催化降解体系中的最主要的活性物质。也利用质谱对TC·HCl的反应中间产物进行了研究。基于以上的分析,我们对NGQDs/Ag/BiVO三元复合物在光催化降解TC·HCl过程中可能的电荷转移机理进行了系统分析和深入研究。

关键词：氮掺杂石墨烯量子点上转换发光性能钒酸铋纳米Ag 局域表面等离子体共振效应光催化增强性能抗生素

金属纳米颗粒对染料敏化太阳能电池性能的优化研究

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金属纳米颗粒对染料敏化太阳能电池性能的优化研究

作者：谢虎湖北工业大学

学位级别：硕士

随着社会的快速发展,毫无疑问迫切需要用新型的可再生能源替代传统化石燃料能源,以满足日益增长的全球能源需求。由于地球上大部分地区都有丰富的太阳能资源,太阳能光伏技术成为可再生能源领域的重要研究热点。迄今为止,光伏领域几乎完... 详细信息

随着社会的快速发展,毫无疑问迫切需要用新型的可再生能源替代传统化石燃料能源,以满足日益增长的全球能源需求。由于地球上大部分地区都有丰富的太阳能资源,太阳能光伏技术成为可再生能源领域的重要研究热点。迄今为止,光伏领域几乎完全使用的是硅太阳能电池技术,该技术具有较高的光电转换效率,但由于需要高纯度硅,导致其生产成本很高。因此,染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSCs)由于其制造方法相对简单和光电转换效率高等优点,有望代替传统硅基光伏器件,而受到广泛的关注。在本文中,将一系列不同掺杂含量的金属纳米颗粒加入到传统的TiO纳米晶薄膜中形成复合光阳极,并组装成DSCs。探究了金属纳米颗粒对DSCs性能的影响及其作用机理。采用球磨法制备了一系列掺杂有不同含量立方形Au纳米颗粒的复合光阳极结构,并组装成相应的DSCs。研究了立方形Au纳米颗粒对光阳极以及DSCs性能的影响。实验结果显示,当掺入立方形Au纳米颗粒质量分数为0.8%时,DSCs呈现出最优性能,其短路电流密度(J)为15.32 mA·cm,光电转换效率(PCE)为6.708%,相比基于纯TiO光阳极的DSCs分别提高了14.47%、12%。DSCs性能的显著提高主要归因于立方形Au纳米颗粒独特的局域表面等离子体共振效应,能有效改善染料分子的光吸收性能,进而优化电池的光电转换效率。在通过立方形Au纳米颗粒对DSCs性能优化的基础上,对双金属复合纳米结构的局域表面等离子体性能进行了研究,并设计了立方形Au@Ag@SiO核壳结构的纳米颗粒实验方案。并通过种子生长方法制备了均匀的单分散立方形Au纳米颗粒,然后通过抗坏血酸将硝酸银进行还原,制备了立方形Au@Ag核壳结构的纳米颗粒。为了防止金属纳米颗粒与电解质接触而被腐蚀,并提升立方形Au@Ag核壳结构的稳定性,通过硅酸四乙酯在弱碱性条件下的水解反应,在最外层进行了SiO壳层的包覆。研究表明,制备的立方形Au@Ag@SiO核壳结构纳米颗粒由于Au、Ag纳米颗粒的协同作用,使局域表面等离子体共振模式发生改变,在可见光范围内的光吸收范围和光吸收强度显著增强,为提升电池光吸收效率提供了一个有效的研究手段。

关键词：染料敏化太阳能电池立方形Au纳米颗粒局域表面等离子体共振效应光电转换效率