Свойства наночастиц Ag/TiO2 и Ag/SiO2 и их влияние на фотокаталитические свойства полупроводникового нанокомпозита
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N2/25-32Ключевые слова:
плазмон, наночастицы, оптические свойства, фотокатализ, нанокомпозитыАннотация
Изучены оптические свойства и распределение напряженности электрического поля вокруг наночастиц серебра с оболочкой из TiO2 или SiO2. Показано, что наличие оболочки вокруг плазмонной наночастицы приводит к батохромному сдвигу максимума её полосы поглощения. Максимальная напряженность электрического поля вокруг плазмонных наночастиц сконцентрирована радиально и преимущественно на поверхности исследуемых наночастиц. Оценка квантовой эффективности, которая в физическом смысле представляет отношение числа излученных фотонов к числу поглощенных фотонов для наночастиц Ag/TiO2 почти на 50% больше, чем для Ag/SiO2. В присутствии наночастиц ядро/оболочка состава Ag/TiO2 и Ag/SiO2 фотокаталитическая активность нанокомпозита TiO2/rGO увеличивается в 2,7 и 1,7 раза, соответственно. Наблюдаемые изменения связаны как с улучшением зарядо-транспортных свойств TiO2/rGO, так и возможной инжецией горячих электронов от наночастиц в полупроводник.
Библиографические ссылки
Mayer K.M., Hafner J.H. (2011) Localized surface plasmon resonance sensors. Chemical Reviews, 111, 3828–3857. https://doi.org/10.1021/cr100313v DOI: https://doi.org/10.1021/cr100313v
Lin K.-T., Lin H., Jia B. (2020) Plasmonic nanostructures in photodetection, energy conversion and beyond. Nanophotonics, 9(10), 3135–3163. https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0104 DOI: https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0104
Barbillon G. (2019). Plasmonics and its applications. Materials, 12(9), 1502. https://doi.org/10.3390/ma12091502 DOI: https://doi.org/10.3390/ma12091502
Ai B., Fan Z., Wong Z.J. (2022). Plasmonic–perovskite solar cells, light emitters, and sensors. Microsystems Nanoengineering, 8, 5. https://doi.org/10.1038/s41378-021-00334-2 DOI: https://doi.org/10.1038/s41378-021-00334-2
Kasani S., Curtin K., Wu N. (2019). A review of 2D and 3D plasmonic nanostructure array patterns: Fabrication, light management and sensing applications. Nanophotonics, 8(12), 2065–2089. https://doi.org/10.1515/nanoph-2019-0158 DOI: https://doi.org/10.1515/nanoph-2019-0158
Ibrayev N., Seliverstova E., Omarova G. (2020) The influence of plasmons of Ag nanoparticles on photovoltaics of functionalized polymethine dye. Materials Today: Proceedings, 25, 39–43. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.01 DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.016
Chiozzia V., Rossi F. (2020) Inorganic–organic core/shell nanoparticles: Progress and applications. Nanoscale Advances, 2, 5090-5105. https://doi.org/10.1039/D0NA00411A DOI: https://doi.org/10.1039/D0NA00411A
Rusdan N.A., Timmiati Sh.N., Yaakob Z., Lim K.L., Khaidar D. (2022) Recent application of core-shell nanostructured catalysts for CO₂ thermocatalytic conversion processes. Nanomaterials, 12(21), 3877. https://doi.org/10.3390/nano12213877 DOI: https://doi.org/10.3390/nano12213877
Turakova M., Salmi T., Eränen K., Warnå J., Murzin D.Y., Kralik M. (2015) Liquid phase hydrogenation of nitrobenzene. Applied Catalysis A: General. 499, 66-76. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.04.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.04.002
Gawande M. B., Goswami A., Asefa T., Guo H., Biradar A.V., Peng D.-L., Zboril R., Varma R.S. (2015) Core–shell nanoparticles: Synthesis and applications in catalysis and electrocatalysis. Chemical Society Reviews, 44, 7540-7590. https://doi.org/10.1039/C5CS00343A DOI: https://doi.org/10.1039/C5CS00343A
Das S., Pérez-Ramírez J., Gong J., Dewangan N., Hidajat K., Gates B.C., Kawi S. (2020) Core–shell structured catalysts for thermocatalytic, photocatalytic, and electrocatalytic conversion of CO2. Chemical Society Reviews, 49, 2937-3004. https://doi.org/10.1039/C9CS00713J DOI: https://doi.org/10.1039/C9CS00713J
Lin L., Zhong Q., Zheng Y., Cheng Y., Qi R., Huang R. (2021) Size effect of Au nanoparticles in Au-TiO₂-x photocatalyst. Chemical Physics Letters, 770, 138457. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138457 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138457
Afanasyev D.A., Ibrayev N.K., Serikov T.M., Zeinidenov A.K. (2016) Effect of the titanium dioxide shell on the plasmon properties of silver nanoparticles. Journal of Physical Chemistry A, 90(4), 833–837. https://doi.org/10.1134/S0036024416040026 DOI: https://doi.org/10.1134/S0036024416040026
Alikhaidarova E., Afanasyev D., Ibrayev N., Nuraje N. (2022) Plasmonic enhanced polymer solar cell with inclusion of AgSiO₂ core-shell nanostructures. Polymer Advanced Technologies, 33(3), 1000–1008. https://doi.org/10.1002/pat.5574 DOI: https://doi.org/10.1002/pat.5574
Seliverstova E., Serikov T., Nuraje N., Ibrayev N., Sadykova A., Amze M. (2024) Plasmonic effect of metal nanoparticles on the photocatalytic properties of TiO₂/rGO composite. Nanotechnology, 35, 325401. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad3e02 DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad3e02
Zhumabekov A., Seliverstova E., Ibrayev N. (2019). Investigation of photocatalytic activity of TiO2-GO nanocomposite. Eurasian Physical Technical Journal, 16(1(31)), 42–46. https://doi.org/10.31489/2019No1/42-46 DOI: https://doi.org/10.31489/2019No1/42-46
Zhang B., Wang D., Hou Y., Yang S., Yang X. H., Zhong J. H., Liu J., Wang H. F., Hu P., Zhao H. J., Yang H. G. (2013). Facet-dependent catalytic activity of platinum nanocrystals for triiodide reduction in dye-sensitized solar cells. Scientific Reports, 3, 1836, https://doi.org/10.1038/srep01836 DOI: https://doi.org/10.1038/srep01836
Johnson P.B., Christy R.W. (1972). Optical constants of noble metals. Physical Review B, 6, 4370. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.6.4370 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.6.4370
Polyanskiy M.N. (2024). Refractive index.info database of optical constants. Scientific Data, 94, 19. https://doi.org/10.1038/s41597-024-01102-5 DOI: https://doi.org/10.1038/s41597-023-02898-2
Ibrayev N.Kh., Seliverstova E.V., Kanapina A.E. (2022) Transient absorption of gold nanoparticles of various diameters. European Physical Technical Journal, 19(4), 73–77. https://doi.org/10.31489/2022No4/73-77 DOI: https://doi.org/10.31489/2022No4/73-77
Adachi M., Sakamoto M., Jiu J., Ogata Y., Isoda S. (2006) Determination of parameters of electron transport in dye-sensitized solar cells using electrochemical impedance spectroscopy. Journal of Physical Chemistry B, 110, 13872–13880. https://doi.org/10.1021/jp060976l DOI: https://doi.org/10.1021/jp061693u
