东南大学电子科学与工程学院显示技术研究中心张彤教授研究团队在等离激元-半导体异质结构光催化研究领域取得重要进展，相关研究成果于1月18日以“Enhanced Photocatalytic Reactions via Plasmonic metal-Semiconductor Heterostructures Combing with Solid-Liquid-Gas Interfaces（结合固-液-气界面的等离激元金属-半导体异质结构增强的光催化反应）”为题发表在国际顶级期刊Applied Catalysis B: Environmental上（影响因子19.503）（doi：10.1016/j.apcatb.2022.121102）。论文通过巧妙的技术方法精确设计并实现了高品质的纳米晶体异质结构，通过系统的对比实验揭示了等离激元三相光催化系统所包含的独特的电子行为和光子-电子作用过程，并将其用于高效光催化。
金属-半导体异质结构具有等离激元热电子效应，使得突破半导体带隙宽度限制的可见光催化成为可能，已成为目前环境污染物处理方面的新兴研究方向。该研究团队提出一种热电子诱导的光还原合成方法，利用二氧化钛与金属等离激元纳米结构形成异质结，通过改变催化薄膜的表面润湿性质，构建了一种基于等离激元热电子效应的固-液-气三相高效光催化系统。利用这种三相系统，不仅在微观上对热电子的输运通道进行了重构与优化，进而提高了热电子的利用效率，而且在宏观的催化体系中引入了清洁的含氧源并生成大量的活性氧物种（Reactive Oxygen Species-ROS），解决了传统固-液体系中的活性氧不足的问题，进而显著提高了光催化降解效率。值得一提的是，该工作是以目前应用广泛的低成本商业二氧化钛（P25）为原材料，在其基础上采用纳米修饰技术制备等离激元-半导体纳米晶体，整个技术路线成本低廉，具有低成本、低能耗等优点，易于大批量合成。所制备的高效光催化异质结构纳米材料可广泛应用于自然水域的净化，分解工业泄漏染料、有毒有害有机污染物等，在环境污染治理等领域具有广泛的实用价值和商业化推广前景。在机理机制方面，借助等离激元热电子效应对半导体纳米结构能带的高效剪裁与调控，对发展基于等离激元新机理的探测器件、光伏器件等新兴电子器件也具有重要的理论指导意义。
该工作是国家重点研发计划纳米重大专项、国家自然科学基金面上项目资助下的重要成果。将先进的电子学原理、纳米光子技术等前沿科研方向与社会急需解决的重要实际问题相结合，开展原创科学研究，培养专业梯队人才，是该研究团队探索的一条产、学、研结合之路。该论文第一作者是东南大学电子科学与工程学院显示技术研究中心博士生王善江，导师张彤教授为通讯作者。此项工作为东南大学电子科学与工程学院显示技术研究中心张彤教授团队独立完成，东南大学为唯一单位。
基于等离激元热电子效应的固-液-气三相光催化系统