Síntese de nanopartículas de Au / CdSe Janus com transferência de carga eficiente para melhorar a geração de hidrogênio fotocatalítico

Resumo

Heteroestruturas semicondutoras de metal integram funcionalidades múltiplas além daquelas de suas contrapartes individuais. Grandes esforços têm sido dedicados a sintetizar heteroestruturas com morfologias controladas para as aplicações que vão desde fotocatálise a nanodispositivos fotônicos. Além das morfologias, a interface entre duas contrapartes também influencia significativamente o desempenho das heteroestruturas. Aqui, sintetizamos nanoestruturas de Au / CdSe Janus consistindo em duas meias esferas de Au e CdSe separadas por uma interface plana e de alta qualidade. Au / CdSe com outras morfologias também podem ser preparados ajustando as condições de crescimento excessivo. A geração fotocatalítica de hidrogênio das nanoesferas de Au / CdSe Janus é medida como 3,9 vezes maior do que a das amostras controladas com meias conchas de CdSe crescidas nas nanoesferas de Au. A transferência de carga altamente eficiente através da interface entre Au e CdSe contribui para o desempenho fotocatalítico aprimorado. Nossos estudos podem encontrar aplicações no projeto de heteroestruturas com atividade fotocatalítica altamente eficiente.

Introdução

Heteroestruturas coloidais semicondutoras de metal têm atraído interesses extensos devido aos seus extraordinários comportamentos ópticos e funcionalidades muito além daqueles de suas contrapartes individuais e exibiram grande potencial na conversão de energia solar [1, 2], fotocatálise [3,4,5,6,7 , 8], dispositivos fotoelétricos [9,10,11] e terapia fototérmica [12,13,14,15], etc. Especialmente, nanoestruturas híbridas à base de plasmon se tornam um candidato promissor para separação fotocatalítica de água ou geração de hidrogênio com excelente fotocatalítico desempenho [16,17,18,19]. Nanopartículas coloidais de semicondutores de calcogeneto de metal (sulfeto, seleneto e telureto) têm recebido atenção significativa na aplicação fotocatalítica devido ao seu gap adequado e ajustável combinado com o espectro solar, bem como suas propriedades químicas. No entanto, a baixa eficiência de absorção na região da luz visível e a rápida recombinação de portadores de carga foto-induzida têm limitado a aplicação de nanopartículas semicondutoras puras. Para superar esses problemas, muitos esforços têm sido dedicados a integrar nanocristais de metal plasmônico (nanoesferas [20], nanobastões [21], nanoplacas [22], etc.) e semicondutores de calcogeneto (CdX [23,24,25,26,27, 28], Ag ₂ X [29,30,31,32,33], Cu ₂ X [12,13,14,15], PbX [34] etc. (X =S, Se, Te)) para construir nanoestruturas híbridas com propriedades intrigantes.

Quanto ao desempenho fotocatalítico aprimorado de plasmon, muitos mecanismos possíveis foram discutidos em trabalhos anteriores, incluindo a coleta eficaz de energia de luz através de ressonâncias de plasmon de superfície, concentração de campo eletromagnético local em semicondutores adjacentes, promoção de geração e transferência de carga fotoexcitada, suprimindo recombinação elétron-buraco e transferência de elétrons quentes induzida por plasmon de metais para semicondutores [35,36,37,38,39]. Além disso, vários fatores estruturais como morfologia, tamanho, configuração híbrida e interface de contato têm sido relatados como cruciais para a atividade fotocatalítica [40,41,42,43]. Zhao et al. ajustaram a simetria estrutural das nanopartículas híbridas Au / CdX (X =S, Se, Te) com distribuição espacial controlável entre os dois componentes por uma rota sintética não epitaxial e demonstraram a dependência da fotocatálise na simetria estrutural [41] . A transferência de carga interfacial e a exposição de materiais ativos à solução de reação são os fatores importantes para determinar o desempenho de híbridos do tipo heterodímero e do tipo núcleo-casca [41, 44]. A possibilidade de transferência de carga entre o metal e os semicondutores calcogenetos foi exibida em vários tipos de híbridos [41, 44,45,46]. Além disso, a transferência de carga também depende significativamente das condições interfaciais, como energia interfacial e qualidade entre as duas contrapartes [41, 44]. Ainda existem grandes desafios para obter uma boa interface heterogênea para nanoestruturas híbridas de metal-semicondutor devido à grande incompatibilidade de rede entre dois componentes. Portanto, é significativo ajustar a interface e o contato para alcançar as propriedades ajustáveis e a mobilidade eletrônica nas nanoestruturas híbridas de metal-semicondutor.

Neste artigo, relatamos uma abordagem particular para sintetizar heteroestruturas assimétricas de Au / CdSe Janus dispersas em água com uma interface plana e de alta qualidade entre Au e CdSe. Ao manipular o valor de pH da solução de reação, CdSe com diferentes morfologias e coberturas são cultivadas nas nanopartículas de Au. Os resultados mostram que o valor do pH é crucial para a formação da morfologia de Janus com interface plana e de alta qualidade. Medidas de geração de hidrogênio mostram que as heteroestruturas Janus Au / CdSe têm uma eficiência significativamente maior do que aquelas de outros tipos de estruturas híbridas devido à baixa energia da interface e à eficiência aprimorada de transferência de elétrons na interface de Au e CdSe.

Métodos / Experimental

Materiais

Ácido cloroáurico (HAuCl ₄ · 4H ₂ O, 99,99%), nitrato de prata (AgNO ₃ , 99,8%), ácido glicina (99,5%), pó de selênio (Se, 99,5%), ácido L-ascórbico (99,7%), hidrato de sódio (NaOH, 96,0%), nitrato de cádmio tetra-hidratado (Cd (NO ₃ ) ₂ · 4H ₂ O, 99,0%), ácido clorídrico (HCl, 36-38%), hexametilenotetramina (HMT, 99,0%) e boro-hidreto de sódio (NaBH ₄ , 96%) foram todos adquiridos na Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Xangai, China). O brometo de cetiltrimetilamónio (CTAB, 99,0%) foi obtido na Amresco, Inc. (América). Todos os produtos químicos foram usados como recebidos e sem purificação adicional.

Síntese de nanopartículas de Au

As nanopartículas de Au estabilizadas com CTAB foram sintetizadas à temperatura ambiente por um método de crescimento mediado por sementes relatado anteriormente [20]. Em primeiro lugar, 4,5 mL de solução aquosa foram preparados misturando 500 μL de HAuCl 5 mM ₄ e 5 mL de 0,2 mM CTAB, e então 600 μL de 10 mM de NaBH resfriado com gelo ₄ solução foi adicionada. A solução acastanhada de sementes de Au foi deixada sem ser perturbada por 2 h para uso posterior. Em seguida, 120 μL de solução de semente de Au foram adicionados a uma mistura aquosa, incluindo 190 mL de H ₂ O, 4 mL de HAuCl 10 mM ₄ , 9,75 mL de CTAB 0,1 M e 15 mL de ácido ascórbico 100 mM. A solução foi bem misturada com uma leve agitação e depois foi deixada em repouso durante a noite para o crescimento de nanopartículas de Au.

Síntese de Nanopartículas Bimetálicas Au-Ag

Em primeiro lugar, o valor de pH de uma mistura aquosa incluindo 5,0 mL das nanopartículas de Au (8,0 nM) e 5,0 mL de ácido glicina 200 mM foi, respectivamente, ajustado para 2,5, 4,5, 7,2 ou 8,1 pela adição gota a gota de solução de HCl (V _HCl :V _H2O =1:9) ou solução de NaOH (2 M). A mistura foi mantida a 30 ° C sob agitação durante 1 min. Então, 15 µL de 100 mM AgNO ₃ solução foi injetada. A mistura foi mantida a 30 ° C sem agitação durante 10 h. Os produtos das nanopartículas bimetálicas de Au-Ag foram utilizados diretamente para o crescimento de nanopartículas híbridas de Au-CdSe.

Síntese de Heteroestruturas Au / CdSe Janus

As heteroestruturas Au / CdSe Janus foram preparadas pela mistura de 2 mL das nanopartículas de Au-Ag preparadas, 6 mg de pó de selênio, 0,01 mL de Cd 100 mM (NO ₃ ) ₂ solução e 40 µL de NaBH 10 mM ₄ solução. A reacção mista foi agitada vigorosamente a 90 ° C durante 2 h. Os produtos foram centrifugados a 9500 rpm durante 5 min e lavados com água duas vezes. As amostras controladas com outras morfologias foram preparadas pelo mesmo procedimento, exceto para o valor de pH do crescimento das nanopartículas de Au-Ag.

Avaliação de atividades fotocatalíticas

Os testes fotocatalíticos de evolução de hidrogênio na luz visível foram realizados em um reator tubular de quartzo com diafragma de borracha. Cem miligramas de pó fotocatalisador Au / CdSe foram dispersos em 50 mL de uma solução aquosa contendo 5 mL de ácido láctico como agente de sacrifício em um reator de tubo de quartzo. O reator foi bombeado com agitação durante 30 min para remover qualquer ar dissolvido. A fonte de luz é uma lâmpada de xenônio de 300 W com um filtro de corte ultravioleta ( λ > 420 nm). Durante todo o teste fotocatalítico, a temperatura da suspensão foi mantida a 6 ° C com um sistema de resfriamento de água externo para suportar o aumento de temperatura da radiação óptica. O conteúdo de hidrogênio foi analisado automaticamente por cromatografia gasosa on-line (Tianmei GC-7806).

Caracterização

Os estudos de TEM foram feitos com um microscópio JEOL 2010 HT operado a 200 kV por queda das dispersões de amostra em grades de cobre revestidas com carbono. As análises HRTEM, TEM e EDX foram realizadas usando um microscópio JEOL 2010 FET operado a 200 kV de tensão de aceleração. Os espectros de UV-Vis foram registrados com um espectrômetro TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd. Pequim, China) e Cary 5000 (Agilent). Todas as medições ópticas foram realizadas à temperatura ambiente em condições ambientais.

Resultados e discussão

A Figura 1 descreve esquematicamente a síntese de nanoesferas de Au / CdSe Janus dispersas em água. Em primeiro lugar, nanopartículas de Au estabilizadas com CTAB foram preparadas por um método de crescimento mediado por sementes [20]. Em seguida, uma pequena quantidade de Ag foi depositada nas nanopartículas de Au com valor de pH controlado da solução de reação e, finalmente, a solução não centrifugada de nanopartículas de Au-Ag foi colocada em uma reação incluindo selenização, troca catiônica com Cd ^{2 +} e crescimento excessivo de CdSe.

Ilustração esquemática para a síntese de nanoesferas Au / CdSe Janus

Os processos de crescimento das nanoesferas de Au / CdSe Janus são muito semelhantes aos dos nanobastões Au-AgCdSe semelhantes a microfones que relatamos anteriormente [26]. Em um processo típico, a síntese de nanoesferas de Au / CdSe Janus pode ser dividida em três etapas:deposição de camadas de umedecimento de Ag, selenização de Ag e crescimento seletivo de CdSe. Na primeira etapa, nanopartículas esféricas bimetálicas de Au-Ag foram sintetizadas adicionando consecutivamente glicina, HCl e AgNO ₃ a uma dispersão aquosa de nanopartículas de Au estabilizadas com CTAB a 30 ° C. O Ag foi depositado nas nanoesferas de Au estabilizadas por CTAB reduzindo o AgNO ₃ com ácido glicínico no valor de pH de 2,5 ajustado pela adição de HCl apropriado. As espessuras correspondentes da camada de Ag podem ser ajustadas ajustando a capacidade de redução da glicina com o valor do pH. Além disso, a deposição de Ag possivelmente produz uma camada de liga de AuAg em vez de uma camada de Ag puro na superfície das nanopartículas de Au devido à difusão do átomo [47]. As nanopartículas bimetálicas Au-Ag produzidas são supostamente muito importantes para a formação de nanoesferas Au / CdSe Janus com uma interface plana. Em seguida, é a selenização das camadas de Ag. Esta etapa é realizada adicionando sequencialmente pó de Se, Cd (NO ₃ ) ₂ e NaBH ₄ na solução não centrifugada de nanoesferas Au-Ag a 90 ° C com agitação por 2 h. A camada de Ag pode ser selenizada espontaneamente pelo pó de Se. Como a difusão do átomo leva à formação de uma camada de revestimento com liga de AuAg nas nanopartículas de Au, o Au parcial também pode ser selenizado. Este processo levaria a um efeito de corrosão de Au. Uma vez formado, Ag ₂ Se atuará como o “ponto de ancoragem” para o crescimento excessivo de CdSe. A última etapa é a formação das nanoesferas Au / CdSe Janus. Ag ₂ Amadurecimento, troca catiônica com Cd ²⁺ , e o crescimento epitaxial de CdSe está supostamente envolvido na formação de nanoesferas Au / CdSe Janus. Aqui, deve-se notar que a solução permanece ácida com pH =2,5. A concentração relativamente alta de Se ⁰ e a baixa concentração de Se ^2- , por causa da redutibilidade inibida do agente de redução nesta condição, induziria um processo de amadurecimento relativamente rápido de Ag ₂ Se e supercrescimento lento de CdSe. Enquanto isso, a nanosfera de metal condutiva pode ainda oferecer um caminho eficaz para a transferência de elétrons em Ag ₂ É o processo de amadurecimento, que acabará por levar a uma nanoconcha hemisférica. A troca catiônica subsequente com Cd ²⁺ Os íons produzem uma camada de CdSe, que facilita o crescimento excessivo de CdSe nesses locais, superando a barreira de incompatibilidade da rede cristalina. As nanoesferas Au / CdSe Janus obtidas, compostas por dois hemisférios, são claramente observadas na Fig. 2a. Além disso, como as camadas de Ag são muito finas em pH =2,5, pode-se imaginar que a selenização da camada de Ag e o amadurecimento de Ag ₂ Se são um processo curto. Então, é inevitável que Se ⁰ continuará a gravar a interface com liga AuAg. As interfaces metal-semicondutor seriam ainda mais achatadas ao longo de um certo plano de cristal [48]. Enquanto isso, as saliências do semicondutor correspondentes aumentam gradualmente, conforme mostrado na Fig. 2b. As nanopartículas de Au iniciais têm um diâmetro médio de 22 ± 2 nm, conforme exibido na Fig. 3a. Após o revestimento dos nanocristais de CdSe com agitação por 2 h a 90 ° C, a espessura dos hemisférios semicondutores é de 6 ± 2 nm (Fig. 3b). À medida que a reação continua por mais uma hora, o tamanho da contraparte semicondutor é aumentado em 5 ± 1 nm (Fig. 3c), implicando em um grande crescimento excessivo de CdSe. A Figura 2c mostra a imagem HRTEM de uma única nanosfera Au / CdSe Janus. Os espaçamentos do plano de rede de 0,20 nm e 0,21 nm concordam bem com os (200) planos de rede do cristal de ouro fcc [49] e os (220) planos de CdSe [26]. O espectro de EDX na Fig. 4 também indica a composição de Au, Cd e Se nas nanoesferas de Janus, bem como nas espécies Ag residuais.

Imagens TEM de nanoesferas Au / CdSe Janus em pH =2,5 com diferentes tempos de reação. a 2 h. b 3 h. As inserções mostram uma única nanosfera de Janus. As barras de escala nas inserções são de 5 nm. c Imagem HRTEM da área interfacial das nanoesferas Au / CdSe Janus

Distribuição de tamanho de a Nanopartículas de Au e diâmetro de CdSe em nanoesferas de Au / CdSe Janus com diferentes tempos de reação. b 2 h. c 3 h. As nanoesferas Au / CdSe Janus são preparadas a pH =2,5 com 0,05 mL de Cd (NO ₃ ) ₂ (0,1 M)

Espectro de EDX de nanoesferas de Au / CdSe Janus caiu em um wafer de silício. A tabela de inserção é a porcentagem de cada elemento

Devido à incompatibilidade de rede, a interface hetero é fortemente influenciada pela adesão do ligante capping, surfactante, precursor e solvente na fase coloidal [50,51,52]. Várias questões devem ser consideradas para entender a evolução da morfologia das nanopartículas híbridas de Au / CdSe. No processo de preparação de nanopartículas híbridas Au / CdSe, o valor do pH na primeira etapa é um fator chave para o bom controle da cinética da reação. Quando o pH é aumentado, o poder redutor de BH ⁴⁻ está aumentando. Isso irá induzir o aumento de Se ²⁺ íons na solução e promover a rápida formação de CdSe. Como tal, é razoável supor que uma vez que a taxa de formação de CdSe exceda a taxa de amadurecimento de Ag ₂ Se, mais opções serão fornecidas para o crescimento seletivo de CdSe. Além disso, uma vez que um valor de pH mais alto também torna a glicina um redutor mais forte na primeira etapa, a redução de Ag poderia ser aumentada e a espessura das camadas de umedecimento de Ag aumentaria com o valor de pH da solução de reação. Como resultado, mais átomos de Se são alocados para o processo de selenização da camada de Ag e crescimento de CdSe em ambiente de pH alto, o que prolongará o Ag ₂ Aumente o tempo de amadurecimento e facilite a corrosão interfacial AuAg [48]. Nosso experimento conduzido em diferentes ambientes de pH também confirmou este argumento. Conforme mostrado na Fig. 5, através da manipulação do valor de pH (2,5, 4,5, 7,2 e 8,1, respectivamente) da solução, mantendo a quantidade de Cd (NO ₃ ) ₂ constante (0,05 mL e 0,1 M), quatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas de Au / CdSe poderiam ser produzidas, como nanoesferas de Janus, heterodímeros (consistindo em meias conchas de CdSe crescidas nas nanoesferas de Au), nanopartículas simétricas de duas cabeças e múltiplas nanopartículas com cabeça. As quatro nanopartículas híbridas apresentam interfaces diferentes entre Au e CdSe. Além disso, como mostrado no arquivo adicional 1:Figura S1, em baixo valor de pH, a taxa de crescimento lento de CdSe também pode induzir a cristalização de alto grau e o crescimento anisotrópico mais óbvio do semicondutor, o que poderia resultar na baixa energia de deformação interfacial e energia de contorno de grão [41, 44].

Imagens TEM de quatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas Au / CdSe. a Nanoesferas de Janus. b Heterodímeros. c Nanopartículas simétricas de duas cabeças. d Nanopartículas com várias cabeças. Os híbridos são sintetizados através da manipulação do valor de pH da deposição de Ag (2,5, 4,5, 7,2, 8,1, respectivamente) com a mesma quantidade de Cd (NO ₃ ) ₂ (0,05 mL e 0,1 M). As barras de escala nas inserções são de 5 nm

As nanopartículas de Au exibem uma forte banda SPR localizada a cerca de 522 nm. Conforme mostrado na Fig. 6a, a deposição de Ag leva a uma mancha azul da banda de plasmon. Como o valor de pH para a deposição de Ag é respectivamente ajustado para 2,5, 4,5, 7,2 e 8,1, o pico de absorção do Au-Ag muda respectivamente para 516 nm, 508 nm, 503 nm e 500 nm. A alta taxa de crescimento de Ag em alto valor de pH leva à camada espessa de Ag e ao grande blueshift da banda de plasmon [53, 54]. A Figura 6b mostra os espectros de extinção dos quatro tipos de nanopartículas híbridas Au / CdSe. O crescimento do CdSe leva ao desvio para o vermelho da banda do plasmon. Conforme o valor do pH da deposição de Ag aumenta, a banda de extinção é desviada para o vermelho para 536 nm, 553 nm, 594 nm e 602 nm, respectivamente. O grande redshift em alto valor de pH é causado pelo aumento da espessura e cobertura de CdSe nas nanopartículas de Au e, portanto, pelo aumento do índice de refração efetivo do ambiente [32, 45]. A quantidade de Cd (NO ₃ ) ₂ também influencia a dimensão do CdSe crescido e o deslocamento do plasmon. A Figura 6c mostra que, na condição de valor de pH de 2,5, o pico de extinção das nanoesferas Au / CdSe Janus é gradualmente desviado para o vermelho de 536 para 566 nm e 605 nm como a quantidade de Cd 0,1 M (NO ₃ ) ₂ é aumentado de 0,05 para 0,1 mL e 0,15 mL. Além disso, tanto na Fig. 6b como em c, as bandas de extinção de Au / CdSe são ampliadas em comparação com as características de SPR de nanopartículas de Au puro, o que é possivelmente causado pela distribuição não homogênea de espessura e cobertura de CdSe. Além disso, a absorção do intervalo de banda do CdSe em cerca de 1,74 eV pode surgir à medida que o CdSe fica mais espesso. A presença de acoplamento plasmon-exciton também pode contribuir para o alargamento do espectro [41].

Espectros de extinção UV-vis-NIR de a Nanopartículas de Au e Au-Ag, b Nanopartículas híbridas Au / CdSe com diferentes morfologias, como nanoesferas de Janus (pH =2,5), heterodímeros (pH =4,5), nanopartículas simétricas de cabeça dupla (pH =7,2), nanopartículas de várias cabeças (pH =8,1) e c Nanoesferas de Au / CdSe Janus obtidas com diferentes quantidades de Cd 0,1 M (NO ₃ ) ₂ :0,05 mL, 0,1 mL e 0,15 mL

O fotocatalítico H ₂ geração dos quatro tipos de nanopartículas híbridas Au / CdSe são avaliadas sob uma iluminação de luz visível ( λ > 420 nm) em 50 mL de solução aquosa com 5 mL de ácido lático como um agente de sacrifício ecologicamente correto. Como mostrado na Fig. 7, as nanopartículas de múltiplas cabeças, nanopartículas simétricas de duas cabeças, heterodímeros e nanoesferas de Janus exibem um aumento gradual da atividade fotocatalítica. As nanopartículas de Au / CdSe com várias cabeças mostram uma taxa de produção de hidrogênio muito baixa de 0,16 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ . Nanopartículas simétricas de cabeça dupla e heterodímeros mostram as taxas de produção de hidrogênio de 21,4 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ e 26,7 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ , respectivamente. Mais notavelmente, a taxa de produção de hidrogênio das nanoesferas Au / CdSe Janus é 105,2 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ , que é 3,94 vezes maior do que as estruturas de heterodímero.

Atividade fotocatalítica de quatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas Au / CdSe, como nanoesferas Janus, heterodímeros, nanopartículas simétricas de cabeça dupla, nanopartículas de várias cabeças para H ₂ reações de produção

A separação de carga interna na interface da heteroestrutura Au / CdSe e os processos de transferência de carga no fotocatalítico H ₂ geração são posteriormente discutidos e mostrados na Fig. 8 para compreender o mecanismo desta atividade fotocatalítica aumentada. CdSe é um bandgap ( E g =1,74 eV) semicondutor com potencial de banda adequado para separação de água [55]. A parte inferior da banda de condução está localizada em um potencial mais negativo do que o potencial de redução de H ⁺ para H ₂ . Nanocristais de ouro também demonstraram possuir atividade para reação catalítica [41]. Por um lado, o plasmon de superfície do Au poderia efetivamente colher a energia da luz e se decompor em portadores energéticos. Por outro lado, o campo local realçado pelo plasmon aumenta a absorção de luz do CdSe adjacente [56]. Esses efeitos melhorariam a geração de portadores fotoexcitados para as reações fotocatalíticas. Em seguida, os elétrons / buracos fotoexcitados devem ser separados e migrados para a superfície sem recombinação. Uma vez que os buracos e os elétrons ganham energia, respectivamente, movendo-se para cima e para baixo, os elétrons fotoexcitados podem ser transferidos da banda de condução (CB) do CdSe para o nível de Fermi do Au. A transferência de carga através da interface entre o CdSe e Au desempenha um papel crítico para atingir este objetivo e acelerar o rendimento de H ₂ geração [41,42,43,44]. As condições de interface e contato entre os dois componentes determinam o desempenho de transferência de carga e, portanto, as propriedades fotocatalíticas dos híbridos. Comparado com a estrutura de várias cabeças, o H ₂ a eficiência de produção da estrutura de cabeça única (heterodímeros e nanoesferas de Janus) é maior. Quando mais cabeças de CdSe crescem em Au, mais superfícies de Au atuando como o local da reação seriam bloqueadas da solução de reação. Comparado com as outras três heteroestruturas, as nanoesferas Au / CdSe Janus exibem uma interface plana com alto grau de cristalização e baixa tensão interfacial, o que poderia melhorar a eficiência de transferência de carga interfacial e suprimir a perda de espalhamento de portador. O tamanho das nanopartículas plasmônicas, a morfologia dos híbridos, a dimensão do componente semicondutor e a posição dos sítios ativos catalíticos são todos críticos para a atividade fotocatalítica [41, 44]. A dimensão ideal de Janus Au / CdSe para a aplicação fotocatalítica precisa ser mais investigada.

Ilustração esquemática da separação de carga na interface da hetero-nanoestrutura Au / CdSe

Conclusão

Em resumo, apresentamos uma síntese precisa de nanoesferas de Au / CdSe Janus dispersas em água com condição e qualidade interfacial controladas. Quatro tipos de híbridos Au / CdSe de nanoesferas de Janus, heterodímeros, nanopartículas simétricas de duas cabeças e nanopartículas de várias cabeças podem ser produzidos pela manipulação do valor de pH. A avaliação da geração fotocatalítica de hidrogênio mostrou que as nanoesferas Au / CdSe Janus exibem H ₂ pelo menos 3,9 vezes maior taxa de evolução do que outras contrapartes Au / CdSe. O desempenho fotocatalítico aprimorado é devido à interface plana e de alta qualidade entre Au e CdSe, que promove a transferência de carga através da interface e acelera a separação de carga interfacial.

Disponibilidade de dados e materiais

Todos os dados gerados ou analisados durante este estudo estão incluídos neste artigo e seu arquivo de informações complementares.

Abreviações

XRD:: Difração de pó de raios-x
EDX:: Espectroscopia de raios-X de dispersão de energia
TEM:: Microscopia eletrônica de transmissão
HRTEM:: Microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução

Polarização de vale controlável usando Silicene de defeitos de linha dupla devido ao acoplamento Rashba Spin-Orbit Detecção de CH4 / CO2 / CO de gás misto com base em filtro óptico variável linear e conjunto de detector de termopilha

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias