纳米晶体在可见光和近红外照射下创下新的产氢活性记录

地球接收到的阳光是多种波长的混合体，从紫外线到可见光再到红外线。每个波长都携带固有的能量，如果有效利用这些能量，则具有促进太阳能制氢和减少对不可再生能源的依赖的巨大潜力。尽管如此，现有的太阳能制氢技术在吸收如此广泛的光谱方面面临着局限性，特别是无法利用到达地球的近红外(NIR)光能的潜力。

最近的研究发现，Au和Cu7S4纳米结构都表现出独特的光学特性，称为局域表面等离子体共振(LSPR)。

它可以精确调整以吸收从可见光到近红外光谱的波长。由东京工业大学副教授MarkChang和讲师Chun-YiChen以及国立阳明交通大学Yung-JungHsu教授领导的研究小组抓住了这种可能性，开发了一种创新的Au@Cu7S4yolk@shell纳米晶体在暴露于可见光和近红外光时能够产生氢气。

“我们意识到，近几天来，广谱驱动的氢气生产作为一种潜在的绿色能源正在蓬勃发展。与此同时，我们发现目前没有太多可以响应近红外辐射的光催化剂选择，”他说徐博士和张博士。“因此，我们决定将两种有前途的纳米结构(即Au和Cu7S4)与可定制的LSPR特征相结合来创建一种纳米结构。”

研究团队利用离子交换反应合成Au@Cu7S4纳米晶体，随后使用高分辨率透射电子显微镜、X射线吸收光谱和瞬态吸收光谱进行分析，以研究其结构和光学性质。

这些研究证实Au@Cu7S4具有蛋黄@壳纳米结构，具有双等离子体光学特性。此外，超快光谱数据显示，Au@Cu7S4在暴露于可见光和近红外光时保持长寿命的电荷分离态，凸显了其高效太阳能转换的潜力。

研究小组发现Au@Cu7S4纳米晶体固有的蛋黄@壳纳米结构显着增强了其光催化能力。

“空心壳内的有限空间改善了分子扩散动力学，从而增强了活性物质之间的相互作用。此外，蛋黄颗粒的流动性在建立均匀反应环境中发挥着至关重要的作用，因为它们能够有效地搅拌反应溶液”，陈博士解释道。

因此，这种创新光催化剂在可见光范围(500nm)内达到了9.4%的峰值量子产率，并在近红外范围(2200nm)内实现了7.3%的创纪录的产氢量子产率。与传统的光催化系统不同，这种新颖的方法不需要助催化剂来增强产氢反应。

总体而言，该研究介绍了一种用于太阳能燃料发电的可持续光催化平台，该平台具有卓越的制氢能力和对广谱光的敏感性。它展示了利用Au和Cu7S4的局域表面等离子体共振特性来有效捕获以前未开发的近红外能量的潜力。

“我们乐观地认为，我们的发现将推动进一步研究调整自掺杂、非化学计量半导体的局域表面等离子体共振特性，旨在为各种太阳能应用创造出宽光谱响应的光催化剂，”Hsu博士和Dr.张。