基于表面等离激元共振的金属/半导体复合纳米结构的特性调控

摘要

近年来，随着纳米技术的飞速发展，材料在纳米尺度上的特殊性质引起了人们的重视。其中，金属纳米材料由于其独特的表面等离激元共振(Surface plasmon resonance，SPR)特性，成为了一个重要的研究方向。表面等离激元共振特性主要表现为散射增强和局域电磁场增强。其中，前者可以应用于太阳能电池中，通过散射提高光在器件中的传播长度，进而提高电池的效率。后者则通过金属纳米颗粒与光的相互作用，可增强其周围特定区域的电磁场(hot spots)，提高吸附分子的拉曼信号，在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering，SERS)领域有着极其重要的应用;同时，金属材料吸收光能所形成的热电子，当半导体接触时，可跃过肖特基势垒转移到半导体导带上，提高半导体的光催化活性。相对于一维结构，三维结构有着较大的比表面积，当应用于金属纳米结构的修饰时，可有效改善SERS以及各种光化学过程的性能。纯粹的金属三维结构成本高昂，而ZnO、TiO2等半导体材料，具有储量丰富、价格低廉、无毒害等优点，则可通过不同的制备工艺获得较大比表面积的三维结构。本论文中，通过巧妙的结构设计，采用聚苯乙烯(Polystyrene，PS)纳米球自组装、反应离子刻蚀、溶液生长法、薄膜沉积、退火处理等操作简便、成本低廉的工艺技术，制备了各种三维金属/半导体复合纳米结构。一方面借助于半导体材料所构建的具有较大比表面积的三维结构，容纳更多金属纳米颗粒的修饰，实现高密度热点的构建，以提高其SERS增强;另一方面，借助金属纳米颗粒的局域表面等离激元作用对可见光场的有效调控，提高复合结构的光化学过程效率。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面等离激元共振特性简介

1．3 局域表面等离激元共振在SERS检测方面的应用

1．4 局域表面等离激元共振在能源领域的应用

1．5 论文结构

参考文献

第二章 金属／半导体复合结构的可控制备与性能表征

2．1 金属／半导体复合阵列结构的可控制备

2．2 金属／半导体复合结构的性能表征

2．3 FDTD仿真手段探讨SERS增强机理

2．4 本章小结

参考文献

第三章 多热点修饰海胆状Ag／ZnO复合结构的高灵敏度SERS检测

3．1 Ag纳米颗粒／海胆状ZnO空壳阵列结构的可控制备与性能表征

3．2 Ag纳米颗粒／海胆状ZnO空壳阵列的高灵敏度SERS探测

3．3 基于电荷转移与热点修饰的SERS增强机理探讨

3．4 本章小结

参考文献

第四章 可循环使用Ag／TiO2网状复合结构SERS衬底构建

4．1 Ag纳米颗粒／TiO2网状结构的可控制备与形貌特征

4．2 Ag纳米颗粒／TiO2网状结构的SERS特性研究及其机理探讨

4．3 基于能带理论与电荷转移模型的光催化降解特性研究

4．4 本章小结

参考文献

第五章 火柴状Au／TiO2复合结构的光水解效率提升及机理研究

5．1 火柴状Au／TiO2复合纳米结构的可控制备

5．2 TiO2空壳结构修饰的纳米棒阵列结构的光水解效率提升

5．3 Au的可控修饰对于TiO2纳米棒阵列结构光水解效率的提升影响

5．4 火柴状Au／TiO2复合结构的光水解效率提升

5．5 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

附录 博士期间发表的论文

致谢