纳米晶体在可见光和近红外照射下创造了新的制氢活性记录

地球接收到的阳光是一个波长从紫外线到可见光再到红外线的混合包。每种波长都携带固有的能量，如果有效利用，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一宽光谱的光方面面临限制，特别是未能利用到达地球的近红外（NIR）光能的潜力

最近的研究表明，Au和Cu7S4纳米结构都表现出一种独特的光学特性，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谱到近红外光谱的波长。由东京理工大学副教授曹福马克、讲师陈俊义、国立阳明交通大学教授徐永荣等领导的研究小组，抓住了这种可能性，开发了一种Au@Cu7S4 yolk@shell当暴露于可见光和近红外光时能够产生氢的纳米晶体

他们的发现发表在《自然通讯》上

“我们意识到，近几天来，宽光谱驱动的氢气生产作为一种潜在的绿色能源正在获得势头。同时，我们看到，目前没有太多可用于对近红外辐射做出反应的光催化剂，”徐博士和张博士说。“因此，我们决定通过将两种有前景的纳米结构，即Au和Cu7S4，与可定制的LSPR特征相结合来创建一种。”

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对其进行分析，以研究其结构和光学性能

这些调查证实Au@Cu7S4功能ayolk@shell具有双重等离子体光学特性的纳米结构。此外，超快光谱数据显示Au@Cu7S4当暴露于可见光和近红外光时，保持了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固有的纳米结构Au@Cu7S4纳米晶体显著增强了它们的光催化能力

“空心壳内的密闭空间改善了分子扩散动力学，从而增强了反应物种之间的相互作用。此外，蛋黄颗粒的流动性在建立均匀的反应环境方面发挥了至关重要的作用，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（500 nm）达到9.4%的峰值量子产率，在近红外范围（2200 nm）达到7.3%的破纪录量子产率，用于制氢。与众不同的是，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Cu7S4的LSPR特性有效捕获以前未开发的近红外能量的潜力。

徐博士和张博士总结道：“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LSPR特性，旨在为各种太阳能应用创造宽光谱响应的光催化剂。”