基于金属纳米岛膜的表面等离子体光催化研究

论文总字数：25071字

摘 要

传统的光催化效应能够将低密度的太阳能转化成高密度的化学能，这对于目前日益严重的环境污染和资源短缺问题，具有重要的意义。然而，传统的二氧化钛光催化材料由于禁带宽度较宽，并不能有效的利用太阳能。我们需要进一步研究，提高光催化材料对于太阳能的利用率。

表面等离子体共振是在金属表面形成的非常独特的光学特性，可以利用金属纳米颗粒光散射、近场增强以及高度局域的表面等离子体极化激元增强薄膜太阳电池光吸收，提高太阳能电池转换效率。

基于上面两种理论研究，本文将探讨基于金属纳米岛膜的表面等离子体光催化材料。自2008年提出等离子体光催化材料以来，越来越多的相关研究被提出。然而，传统的研究思路都是如何控制夹层，来进一步调控贵金属纳米颗粒与半导体载体之间的相互作用。因此，本毕业设计从以前的研究出发，改变传统的思考路线，提出了多孔阳极氧化铝薄膜的多孔阵列结构。提出此结构，是为了给等离子体光催化材料提供多种复合结构，借此增强材料的光催化效应，提高太阳能的利用率。

关键词：太阳能，光催化，表面等离子体，多孔阳极氧化铝薄膜

OBSERVATION OF PLASMONIC PHOTOCATALYSIS ON NANO-ISLAND STRUCTURES

Abstract

Traditional photocatalytic effect can convert the solar energy of low density into chemical energy of high density.It has the vital significance for the increasingly serious environmental pollution and resources shortage.However,traditional titanium dioxide photocatalysis materials due to the wide band gap width,can not effectively make use of the solar energy.We need further study about photocatalytic materials, and improve the utilization of solar energy.

Surface plasmon resonance is a very unique optical properties.We can take advantage of the metal nanoparticle light scattering,near field enhancement and highly localized surface plasmon polarization excimer to enhance the light absorption and improve the conversion efficiency of thin film solar battery.

Based on the above two kinds of theoretical research, this article explores a surface plasmon photocatalysis material based on the metal nano island film.Since plasma photocatalytic materials is put forward in 2008,a growing number of studies have been proposed.However, traditional research train of thought is how to control the interlining,further regulating the interaction between the noble metal nanoparticles and the semiconductor carrier.Therefore, this graduation design based on the previous studies,change the traditional thinking route,and puts forward the PAA structure.This structure is to provide plasma photocatalytic materials with a variety of complex structure,reinforce the photocatalytic effect of  material,and improve the utilization rate of solar energy.

KEY WORDS: solar energy,photocatalysis,surface plasmon ,PAA

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………… Ⅱ

1. 绪论 ………………………………………………………………………1

1.1 引言 …………………………………………………………………1

1.2 传统二氧化钛光催化材料的介绍 ………………………………………1

1.2.1 利用半导体理论解释光催化作用 …………………………………1

1.2.2 二氧化钛光催化剂的薄膜化 ………………………………………3

1.2.3 用溅射法制造高性能光催化薄膜 …………………………………3

1.3 表面等离子体激元应用于太阳能研究的介绍 ……………………………5

1.3.1 局域表面等离子体激元增强光吸收原理 …………………………5

1.3.2 表面等离子体极化激元增强光吸收原理 …………………………6

1.4 新型表面等离子体光催化的研究 …………………………………………7

1.4.1 新型光催化材料的研究进展 ………………………………………7

1.4.2 新型光催化材料的改进 …………………………………………12

1. 实验的改进方法以及过程 …………………………………………………14

2.1 新型光催化材料初次改进方案以及实验过程………………………………14

2.1.1 新型光催化材料的改进方案………………………………………14

2.1.2 制作新型光催化材料的实验过程…………………………………14

2.1.3 实验数据分析………………………………………………………16

2.2 新型光催化材料进一步改进方案以及实验过程……………………………18

2.2.1 第一次实验出现的问题以及改进方案……………………………18

2.2.2 实验过程中出现的问题以及改进方案……………………………19

1. 总结与展望…………………………………………………………………20

致谢 …………………………………………………………………………………21

参考文献（References） ……………………………………………………………22

1. 绪 论

1.1 引言

20世纪以来，人类不断地遭受着迅速发展的科技所带来的环境污染的恶果。英国和日本的“毒雾”事件，在当地家喻户晓，还有国内上海的“甲肝”事件，触目惊心。进入21世纪后，随着环境污染的日益严重，如何控制与治理环境污染已经成为人类社会面临的亟待解决的重大问题。而其中如何解决化石能源对于环境污染的紧迫已经成为新型能源领域的重要课题。太阳能是仅有的足以替代化石燃料、可再生且炭中性的能源。将这一能源直接转化为清洁能源是21世纪最具挑战的科学问题。

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