激光网2月28日消息，地球接收到的太阳光是波长从紫外线到可见光再到红外线的混合包。每个波长都携带固有的能量，如果得到有效利用，这些能量在促进太阳能制氢和减少对不可再生能源的依赖方面具有巨大潜力。尽管如此，现有的太阳能制氢技术在吸收这种广谱光方面面临局限性，特别是未能利用到达地球的近红外光能的潜力。
最近的研究表明，Au 和 Cu7S4纳米结构表现出一种独特的光学特性，称为局域表面等离子体共振。
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Tso-Fu Mark Chang和讲师Chun-Yi Chen以及国立杨明交通大学Yung-Jung Hsu教授领导的研究团队抓住了这种可能性，并开发了一种创新Au@Cu7S4yolk@shell纳米晶体，当暴露在可见光和近红外光下时能够产生氢气。
他们的研究结果发表在《自然通讯》上。
“我们意识到，最近几天，广谱驱动的氢气生产作为一种潜在的绿色能源正在获得动力。同时，我们看到目前可用的光催化剂可以响应近红外辐照的选择并不多，“Hsu博士和Chang博士说。“因此，我们决定通过结合两种有前途的纳米结构来创造一个7S4，具有可定制的 LSPR 功能。
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特性。
这些调查证实Au@Cu7S4具有具有双等离子体光学特性的yolk@shell纳米结构。此外，超快光谱数据显示Au@Cu7S4当暴露在可见光和近红外光下时，都能保持长寿命的电荷分离状态，突出了其高效太阳能转换的潜力。
研究小组发现，yolk@shell Au@Cu固有的纳米结构7S4纳米晶体显著增强了其光催化能力。
“空壳内的密闭空间改善了分子扩散动力学，从而增强了反应性物质之间的相互作用。此外，蛋黄颗粒的迁移率在建立均匀的反应环境方面起着至关重要的作用，因为它们能够有效地搅拌反应溶液，“陈博士解释道。
因此，这种创新的光催化剂在可见光范围内达到了9.4%的峰值量子产率，并在近红外范围内实现了创纪录的7.3%的制氢量子产率。与传统的光催化系统不同，这种新方法消除了对助催化剂的需求，以增强制氢反应。
总体而言，该研究引入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 Cu 的 LSPR 特性的潜力7S4用于有效捕获以前未开发的近红外能量。
“我们乐观地认为，我们的研究结果将激发进一步研究调整自掺杂、非化学计量半导体的LSPR特性，旨在为各种太阳能应用创造在广泛光谱范围内响应的光催化剂，”Hsu博士和Chang博士总结道。
