化學專業保研手冊-第十二章：化學前沿（光催化產氫）

1972年，著名學術期刊Nature上刊登了日本學者藤島昭、本田健一等的重要研究成果：TiO2電極在紫外光照射下可以將水分解成氫氣和氧氣。他們的成果奠定了光催化產氫技術的理論基礎，揭示了氫能源取代化石燃料的可能性。因此迅速引起了全球科學界的研究熱潮。

藤島等發現的反應可表示為：

目前認為，半導體的能帶結構常由一個充滿電子的低能價帶（VB）和一個空的高能導帶（CB）構成，價帶與導帶之間區域稱為禁帶，區域的大小稱為禁帶寬度。半導體禁帶寬度一般為0.2-3.0eV，是一個不連續區域。半導體的特殊能帶結構決定了它的光催化特性。

當用能量等於或大于禁帶寬度（Eg）的光照射時，半導體價帶上的電子受光激發躍遷到導帶，形成帶負電的高活性電子，價帶上則相應地產生帶正電的空穴，組成電子-空穴對。光生空穴能夠與吸附在催化劑表面的OH-或H2O發生反應生成·OH，羥基自由基的氧化活性比空穴更高，能夠氧化多種有機物並使其礦化；空穴本身也能奪取吸附在半導體表面的有機物中的電子，使原本不吸收光的物質被直接氧化分解。光催化過程實際上包含光生空穴的氧化反應和光生電子的還原反應兩個過程，二者又相互影響、相互制約。

光生電子和空穴在體相和表面複合時，被吸收的光子能量以熱的形式被釋放。

一、半導體光催化

半導體光催化材料在光照射下，能夠被光子所激活，實現電子或空穴流動，並在其表面上發生很強的氧化或還原作用（即反應體系在光催化下將吸收的光能直接轉化為化學能），使許多通常情況下難以實現的反應在比較溫和的條件下能夠順利進行。半導體反應前後不發生變化。

二、費米能級

如果一個能帶中的某一個能級的能量為E，則該能級被電子佔據的概率符合費米函數f（E）。f（E）=1/2時，E所對應的能級為費米能級，記作EF。導體的費米能級以下的能級都被電子所填充，高於EF的能級全空。即費米能級EF是0K時電子所能佔據的最高能級。

三、影響半導體產氫光催化劑性能的主要因素

1. 光催化劑的能帶結構和能級位置

在熱力學上，此因素既可決定光催化產氫反應能否進行，也可以確定光催化劑對太陽光譜的吸收範圍。理論上，要實現光催化分解水，光催化劑的禁帶寬度應大於或等於1.23 eV（≤1000 nm）。同時，水的氧化還原電位應該位於光催化劑的帶隙中，即光催化劑的導帶底應更負於H+/H2的還原電位（0V, vs NHE, pH=0），而其價帶頂應更正於O2/H2O的氧化電位（1.23eV, vs NHE, pH=0）。

2. 光催化劑的光生電子和空穴的分離效率

在動力學上，此因素既可決定最終參與光催化產氫反應的光生電子和空穴的數量，也可決定整個光催化反應的量子效率。抑制電子和空穴複合的有效方法是向反應液中加入氧氣、臭氧、過氧化氫、過二硫酸鹽、三氧化二鐵等氧化劑，它們既是良好的光生電子受體，本身也可以氧化有機物。

3. 光催化劑的表面性質

如表面反應過電勢、表面反應活性位點、光催化劑的形貌結構和空間排列等。

四、催化劑顆粒大小對光催化活性的影響

1. 粒子量子化後表面缺陷和活性中心大大增加；

2. 粒子量子化將增加催化劑的表面積，減少比表面積對反應速率的約束；

3. 量子化的粒子更容易讓分離的電子-空穴對擴散到表面，從而減少兩者在晶體內的複合幾率；

4. 納米尺寸（1—10 nm）的晶粒有量子尺寸效應，導致禁帶變寬，從而具有更強的氧化還原能力。

五、二氧化鈦晶體結構對光催化活性的影響

1. 晶格缺陷是光催化反應中的活性位。但過多的缺陷也可能成為電子空穴的複合中心，從而降低反應活性。

2. 用於光催化的二氧化鈦主要有銳鈦礦型和金紅石型兩種。銳鈦礦型屬四方晶系；4個二氧化鈦分子組成一個晶胞；金紅石型屬四方點陣，負離子類似六方密堆積，正離子佔據所有八面體空隙的一半，化學組成比n+/n-=1:2；每個晶胞僅一個2A-4B結構基元。由於晶胞八面體的畸變程度和八面體間相互連接的方式不同，使得金紅石型表面吸附有機物和氧氣的能力不如銳鈦礦型，因而銳鈦礦型的催化活性明顯高於金紅石型。

3. 由於二氧化鈦不同晶面上粒子的排布不同，故不同晶面上對物質降解的光催化活性和選擇性將有很大差別，因此銳鈦礦型和金紅石型所構成的混合晶型的光催化活性一般要比單一晶型的光催化活性強，其原因在於不同晶相顆粒間形成了新的表面結構，提高了催化劑活性。

六、光催化產氫現存的主要問題

1. 光譜響應範圍窄

大部分半導體產氫光催化劑屬於寬頻（>3eV）催化劑。由於受到自身能帶結構的限制，上述光催化劑只能吸收約佔太陽光譜能量不到5%的紫外光，無法利用佔比很大的可見光。主要包括大部分過渡金屬氧化物以及少數氮化物、硫化物和磷化物。

2. 量子效率低

由光催化產氫機理可知，光生電子和空穴的高效分離是保證反應效率的重要前提。但對於絕大多數半導體產氫光催化劑而言，光生電子和空穴的表面和結構內複合的概率很大，無法避免。這會嚴重降低產氫反應的量子效率。

3. 表面反應效率低

大多數半導體產氫光催化劑的表面反應過電勢過高、沒有合適的反應活性位點或反應活性位點少，導致上述光催化劑在產氫反應中表現出較低的表面反應速率，影響光催化產氫反應的效率。

4. 副反應嚴重

光催化分解水的逆反應是氫氣和氧氣在光催化劑的作用下生成水。正逆反應的進行都需要藉助半導體產氫光催化劑的表面反應活性位點，但是，多數光催化劑的表面活性位點對正反應的選擇性不強或者並不具備選擇性，因此往往會導致正逆反應競爭，大大降低了反應效率。

5. 機理不明確

當前半導體光催化技術的理論基礎是半導體物理學中的能帶理論，而這一系列理論大都針對塊體材料。對於微納米功能性半導體產氫光催化劑來說，很多理論有待完善。目前，半導體產氫光催化劑在反應中的電子傳遞機理的研究也已經展開，只是大多研究尚處於理論推測階段，缺乏直接有力的實驗證據。另外，產氫反應屬於表面反應，但對該反應的表面催化過程的直觀表徵方法尚未建立，反應物和生成物分子在光催化反應過程中的變化缺乏直接證據。

七、高效產氫光催化劑的選擇標準

1. 具有較高的禁帶寬度

理論上講，只要半導體吸收的光能（hν）不小於其帶隙能（B.G.），能足以激發產生電子和空穴，該半導體就有可能用作光催化劑。從常見的單一化合物光催化劑多為金屬氧化物或硫化物，他們禁帶寬度較高，能使化學反應在較大範圍內進行。

2. 具有寬的太陽光譜響應範圍

太陽光譜中大部分的能量集中在紫外、可見和紅外光區。其中，紫外光區佔比重最少，不到5%。可見光區比重約佔43%，紅外光區約為52%。因此，有效利用可見光甚至是紅外光，就可實現高效的能量轉化。

3. 具有高的光生電子和空穴分離效率

目前，光催化劑的大多數光生電子和空穴均被體相和表面複合消耗掉，致使光量子效率較低。因此，高效產氫光催化劑應該包括良好的電子傳遞路徑以及合適的電子受體。

4. 具有高活性的表面反應位點

光催化劑的光生電子和空穴經過分離和遷移後，均會被光催化劑表面的反應位點捕獲並藉助位點參與光催化反應。高活性的反應位點可以降低光催化劑的表面反應過電勢，從而保證光催化產氫反應的高效進行。

5. 能夠有效抑制副反應

光催化劑對於正向反應的選擇性決定了整個反應的效率，高效的光催化劑應能在有效促進正反應的同時，抑制副反應發生。

6. 具有較好的穩定性

光催化產氫反應的氫源可以是水，也可以是甲醇、乙醇、甲酸、乳酸等可提供電子的犧牲劑。光催化劑重複使用的重要前提是光催化劑在不同液相體系中的良好的穩定性。這是光催化劑走向實用的關鍵。

八、半導體催化劑改性的目的

1. 提高光催化劑的穩定性；

2. 擴大激發光波長範圍，以便充分利用太陽能；

3. 促使光生電子與空穴的分離，抑制其複合，從而提高量子效率。

九、半導體催化劑改性的常用手段及原理

1. 催化劑表面貴金屬沉積：半導體催化劑表面與貴金屬接觸時，光生載流子重新分布，電子從費米能級較高的半導體轉移到費米能級較低的金屬，直到兩者費米能級相等。形成的肖特基勢壘就成為俘獲光生電子的有效陷阱，因而抑制了光生電子與空穴的複合，提高催化活性，拓展了可利用的激發光波長。

2. 過渡金屬離子摻雜：某些金屬離子能有效地俘獲催化劑表面半導體導帶中的電子，從而降低了電子與空穴的複合速率，並有可能使摻雜後催化劑的吸收波長範圍擴展至可見光區。同時金屬離子的摻雜可能在半導體晶格中引入缺陷位置或改變結晶度，成為電子或空穴的陷阱而延長壽命。但摻雜量過多時摻雜離子反而會成為複合中心。因此過渡金屬離子的摻雜往往存在最佳量。對於稀土金屬離子而言，電子親合勢與離子半徑的比值越大，摻雜後催化活性越低，Sm（III）、Er（III）、Lu（III）除外。

3. 複合半導體：能帶結構相匹配的半導體間光生載流子的分離和遷移提升了二元複合半導體的活性。複合後，光生電子和空穴分別處於二氧化鈦的導帶與複合材料的價帶，量子效率大大提升，光生載流子分離；

4. 半導體光催化劑的光敏化：光敏化物質（如染料等）受光照激發後，處於激發態的活性物質的氧化電勢比半導體導帶的電勢更負，兩者之間存在的電勢差就使得光生電子注入到半導體的導帶中，從而使量子效率大大提高。

十、半導體催化劑的使用方式及優缺點

1. 懸浮態：懸浮態是將催化劑以粉末形式均勻懸浮在反應液中。優點：沒有傳質阻力；催化劑有較大比表面積，反應物與催化劑顆粒表面能充分接觸，催化效率高。缺點：催化劑活性成分損失較大；催化劑的分離和回收過程繁瑣；懸濁液中光的穿透性差；其它化學組分對光吸收的影響較大等。常出現催化效率隨溶液濃度的增加而減弱等問題，使其很難在水處理中廣泛應用。

2. 固定態：固定態就是用適當的方法將催化劑固定在合適的載體上。合適的載體材料可以增加反應的有效比表面積，提供適合的孔結構，提高催化劑的機械強度、熱穩定性和抗毒性，降低生產成本。優點：催化劑薄膜可由多種粒徑和類型的載體製備；膜的厚度、均勻性、結晶性等都較易控制；製備技術也較簡單。缺點：如反應物與催化劑接觸的有效表面積有限；存在傳質阻力等。因此固定態催化效率較懸浮態低，但這些問題可通過設計和選擇適當載體和反應器來解決。目前，載體的選擇及催化劑固定化技術的研究已成為半導體光催化研究的一個重要方面。

十一、現有高效光催化材料及原理

1. 金屬或非金屬離子摻雜光催化材料

摻雜金屬離子的目的是在寬頻半導體的禁帶中引入雜質能級。一般情況下，這種被引入的雜質能級略高於價帶頂（受主能級）或略低於導帶底（施主能級）。其中，受主能級使得寬頻半導體價帶中的電子可以被具有相對較低能量的可見光激發並從價帶向比其導帶底部能量更低的雜質能級的躍遷，施主能級使得處於該雜質能級的電子可以被具有相對較低能量的可見光激發並從該雜質能級向其導帶躍遷，兩種方式都可以達到擴展太陽光譜響應範圍的目的。目前可用於金屬離子摻雜的金屬元素主要有:Cr, Fe, Ni, Mo, Re, V, Rh, Li, Co, Al, Mg, Zn, Nb, Ta, Sn, Ti, W, Mn,Pt, Pd及Ag等。

非金屬元素摻雜的目的也是拓展寬頻半導體光催化劑的光譜響應範圍。與金屬離子摻雜有所不同的是，非金屬元素摻雜不會在寬頻半導體的禁帶中形成受主或者施主能級，而是通過上移半導體光催化劑的價帶頂的方式，使其禁帶變窄，從而具有更寬的太陽光譜響應範圍。實現上移價帶頂的原理是：大部分寬頻半導體是氧化物，構成其價帶能級的主要是O2p軌道，該軌道能級低於其他非金屬元素的p軌道能級，利用其他非金屬元素的原子來取代氧化物中的O原子，可以提高該氧化物的價帶頂能級位置，使半導體的帶隙變窄，實現可見光響應。目前用於非金屬元素摻雜的非金屬元素主要有N, P, S, C, Si, B及鹵素等。

除了單一摻雜金屬離子或非金屬元素之外，金屬離子間、非金屬元素間或金屬離子和非金屬元素間的共摻雜也可以有效拓展光催化劑的太陽光譜響應範圍。

金屬或非金屬離子摻雜的缺點：摻雜所引起材料的晶格缺陷一方面可以作為界面電荷遷移的介質提高光生電子和空穴的分離效率，另一方面，也可能成為兩者的複合中心，增加光生電子和空穴的複合幾率，降低光催化劑的催化活性。

2. 染料敏化光催化材料

染料敏化技術是一種常見的拓展寬頻半導體可見光響應的技術，該技術將具有可見光響應的染料與寬頻半導體光催化劑複合，拓展寬頻光催化劑的光譜吸收範圍，提高其光能轉化效率，進而提高其光催化效率。染料分子吸收某一特定波長的可見光後由基態被激發到激發態，由於染料分子的激發態能級高於半導體的導帶能級，因此上述光生電子會由染料分子的激發態能級遷移到半導體的導帶能級。在這裡，光生電子可以還原質子產生氫氣。同時，處於氧化態的染料分子可以接收來自電子供體的電子並被還原，進而完成染料分子自身的再生。目前可用於光催化劑可見光敏化的染料主要包括：Ru配合物染料、過渡金屬配合物染料及非金屬染料等。

染料敏化光催化材料的缺點：用于敏化光催化劑的染料分子通常不太穩定，自身會在光催化反應過程中脫落、分解或者性質發生改變，影響對光催化劑染料敏化的效果。此外，有機染料作為印染廢水中的主要成分，會對水體環境造成污染，這也限制了有機染料在光催化領域的大規模使用。

3. 固溶體光催化材料

固溶體光催化劑是一類由具有相似晶格結構的寬頻和窄帶半導體通過高溫共溶形成的具有固溶體結構的半導體材料，其禁帶寬度一般介於構成該固溶體材料的寬頻半導體與窄帶半導體的禁帶寬度之間。通過這種同時調整半導體導帶和價帶位置來調控其禁帶寬度的方式，可以達到拓展光譜響應範圍進而提高光催化效率的目的。目前報道的固溶體光催化劑主要包括硫化物固溶體、硫氧化物固溶體、氧化物固溶體及氮氧化物固溶體等。

雖然固溶體光催化劑的優點是可以通過調節固溶體組分組成來調節其能帶結構，但是合成固溶體的反應一般需要經過高溫鍛燒步驟，反應較劇烈，因此在合成過程中不太容易做到對固溶體中各組分含量的精密控制。此外，高溫鍛燒的能耗較高，限制了此種光催化材料的大規模製備和應用。

4. 窄帶半導體光催化材料

窄帶半導體光催化材料理化性質穩定，環境友好，價格低廉。目前已經被開發出的窄帶半導體可見光光催化劑主要包括金屬氧化物、異金屬氧化物、氮化物、硫化物、硅化物及磷酸鹽等。

窄帶半導體的缺點：大多數窄帶半導體光催化劑的穩定性不及以二氧化鈦為代表的寬頻氧化物半導體光催化劑。此外，由於能帶較窄，這些窄帶半導體光催化劑的還原能力或者氧化能力一般沒有傳統的寬頻半導體光催化劑強。

5. 異質結光催化材料

具有相似晶體結構、相近原子間距和熱膨脹係數的不同半導體相互接觸時，在其接觸界面處會形成內建電場。內建電場會為光生電子和空穴在不同半導體間發生定向遷移提供驅動力，這樣可以有效的促進光生電子和空穴的分離，從而提高光催化效率。一般情況下，在異質結光催化材料中，光生電子會發生由具有較高導帶能級的半導體的導帶向具有較低導帶能級的半導體的導帶的定向遷移，而光生空穴會發生由具有較低價帶能級的半導體的價帶向具有較高價帶能級的半導體的價帶的定向遷移。傳統的半導體異質結包括同型異質結和異型異質結。除此之外，還有半導體和金屬形成的肖特基結等。

6. Z體系光催化材料

與異質結光催化材料相似，構建Z體系光催化材料的目的同樣是將具有不同能帶結構的半導體材料複合，通過不同半導體之間的能帶匹配，來實現光催化體系內高效的光生電子和空穴分離，進而提高光催化效率。兩者的不同點是：異質結光催化材料利用的是兩種半導體中相對較低還原（氧化）能力的導帶（價帶），而Z體系利用的都是相對較低高還原（氧化）能力的導帶（價帶），這在熱力學上更有利於光催化反應的進行。

Z體系雖然具有同時利用最高還原和氧化能級的特點，但其對組成材料間的能級匹配程度以及對選擇組分間的電子傳遞鏈的要求較高，使材料選擇和製備難度增加，不容易實現。

7. 基於助催化劑的光催化材料

光催化反應中，常用具有較半導體光催化劑更低費米能級的材料作為助催化劑。當助催化劑材料與半導體光催化材料接觸時，光生電子會由半導體的導帶向助催化劑表面遷移並被捕獲。隨後，光生電子在其表面參與光催化還原反應，而留下的光生空穴會向半導體的表面遷移並參與光催化氧化反應。這一過程不僅可以促進光生電子和空穴的分離，而且可以實現氧化反應和還原反應的空間分離，從而能夠提高光催化劑的量子效率和光催化反應的效率。此外，除了可以促進光生電子和空穴的分離之外，助催化劑還可以為光催化反應提供表面活性位點來降低表面反應過電勢，從而提高光催化反應的表面反應速率。現有的助催化劑主要包括:過渡金屬助催化劑、過渡金屬氧化物助催化劑、過渡金屬硫化物助催化劑或前三者混合使用的助催化劑等。

8. 有機金屬骨架（MOFs）光催化材料

MOFs配位中心的過渡金屬離子易於得失電子，使其具有催化氧化還原反應的能力。除自身具有用於光催化劑的潛力之外，MOFs所具有的獨特的多孔結構和大的比表面積，使其可以作為納米顆粒光催化劑的支撐體來合成基於MOFs的複合光催化劑。此外，根據具體的反應對金屬離子中心和有機配體進行匹配也是MOFs的一大優勢。目前MOFs材料在氣體光催化方面已經有了相關應用，但因MOFs在水中的穩定性比較差，其在水體光催化領域應用較少。這也對開發基MOFs的光催化劑提出了挑戰。

9. 光子晶體光催化材料

自然界中廣泛存在著一類具有周期性介電結構的材料，這類材料被統稱為光子晶體材料。通常認為光子晶體主要包括蛋白石結構和反蛋白石結構兩種結構，它們具有光子禁帶，可以通過全反射的方式禁止特定頻率的光子在其中傳播。同時，光子晶體的周期性結構，會在光子帶隙邊緣處引入慢光導模，從而實現極慢光。由於光子晶體所具備的調控光子傳播過程的特性以及光子晶體在結構模型和研究方法上與半導體具有許多可以相互借鑒之處，這類材料被認為在半導體光催化領域的研究中具有巨大的前景。

目前對光子晶體的研究主要集中：開發新型方法用於製備具有典型光子晶體結構的光催化劑，考察光子晶體結構對光催化劑光吸收特性的影響；將具有典型光子晶體結構的光催化劑與具有其他結構和特性的光催化材料相結合，構建高效光催化劑。

不管是對光子晶體的單獨使用還是聯合使用，在製備過程中合理的調整光子晶體光催化劑的結構參數都可以實現對不同波長範圍太陽光譜光吸收特性的改善和增強，進而可以提高該類光催化劑的光催化特性。目前已知的光子晶體光催化劑包括：TiO2, WO3, ZnO

10. 表面等離子共振材料

表面等離子共振現象發現於1902年。當光在光密介質和光疏介質之間傳播時，入射角θ1、折射角θ2和光密介質的折射係數n1以及光疏介質的折射係數n2間滿足法國物理學家斯涅爾的光學定理方程：

n1sinθ1= n2sinθ2

當入射角增大到某一角度時，折射光會平行於光密和光疏介質的界面傳播，這時在不同介質界面會發生入射光的全反射現象，這部分折射光被稱為界面全反射的倏（音「叔」）逝波，它可以引發金屬表面的自由電子相對於正電荷密度的起伏振蕩，被稱為金屬的等離子體振蕩。在入射角或波長為某一適當值的條件下，等離子體振蕩與倏逝波的頻率和波數相等，二者將發生共振，形成了電子的集體振蕩，入射光被吸收，能量轉移給表面等離子體，反射光能量急劇下降，在反射光譜上出現共振峰，引起表面等離子共振效應。

2008年，學界首次提出表面等離子體光催化劑的概念，其本身特有的表面等離子共振效應還可以使其吸收特定波長的可見光，併產生局域電場來促進光催化劑的光生電子和空穴的產生，從而增強光催化劑的性能。在此之前，貴金屬納米顆粒通常被用做半導體產氫光催化劑的助催化劑，其作用主要體現在提高光生電子和空穴的分離效率，降低反應的過電勢以及作為析氫反應的活性位點等方面。

表面等離子共振效應可以增強光催化劑性能的作用機理如下：其一，金屬納米顆粒等離子共振效應所產生的熱電子會傳遞到與其複合的半導體光催化劑的導帶參與反應。其二，金屬納米顆粒等離子共振形成的強局域電磁場可以加速在這個電場範圍內與其複合的半導體光催化劑的光生電子和空穴的形成。其三，金屬顆粒的等離子共振效應所造成的共振光子的散射會導致半導體陣列中的光子具有更長的光程，可以被更好的吸收，從而提高光生電子和空穴的生成數量。

表面等離子共振效應與貴金屬納米顆粒的尺寸和形狀密切相關，因此，對貴金屬納米顆粒尺寸和形貌的調控顯得尤為重要。而日益成熟的納米材料合成技術，為等離子共振效應在包括光催化產氫領域在內的多個領域的應用奠定了堅實的基礎。

在眾多具有表面等離子共振效應的貴金屬納米顆粒中，Au納米顆粒受到了研究人員的廣泛關注。Au納米顆粒的紅顏色這就是Au納米粒子的等離子共振效應引起的現象。當Au納米顆粒遠遠小於入射光的波長時，在其表面的自由電子會因光電誘導產生相干振蕩，這就是表面等離子共振。Au納米顆粒可通過局域表面等離子共振效應吸收特定波長的光。其中，尺寸在20-100nm的Au顆粒對應吸收波長在520-600 nm的可見光。一般情況下，小於20nm的金顆粒主要表現為吸收。當Au顆粒尺寸從20 nm增加到80 nm時對光的散射也相應增加。Au的等離子共振能帶的消光係數可高達1011M-1，遠高於所有有機染料，這一優勢特性使得Au納米顆粒具有替代染料用于敏化光催化劑的潛力。理論上，在光催化反應中，Au納米顆粒被可見光激發後，由於具有較高的等離子共振能級（1.7eV vs SHE）。其光生電子可以傳遞到光催化劑表面參與反應。另一方面，Au納米顆粒的表面等離子共振效應可以提供一個局域近場電場，這些電場能夠促進可見光區域光催化劑的光生電子和空穴對的產生，進而提高光催化劑的催化活性。通常，Au納米顆粒會與支撐材料結合形成複合光催化劑。支撐材料可以為金納米顆粒的附著和分散提供良好的平台。

Au/半導體複合光催化劑是將Au納米顆粒通過物理或者化學方法與半導體光催化劑相結合構建而成複合光催化劑，最典型的是Au/TiO2。這類光催化劑的作用機理為，Au通過等離子共振作用吸收可見光併產生光生電子，光生電子傳遞到半導體表面進行光催化反應。

Au/絕緣體複合光催化劑具有不同於Au/半導體複合光催化劑的特點。Au納米顆粒的導帶電子吸收光能被激發為表面高能電子，這些高能電子很容易活化顆粒表面的分子進行化學反應。光吸收和催化反應都發生在納米顆粒上，因此Au納米顆粒與絕緣體載體間沒有電荷傳遞。納米顆粒表面的導帶電子密度遠遠高於任何半導體，這些電子可以驅動催化劑上的反應。Au納米顆粒比半導體對反應物特別是有機分子具有更好的親和力。

個人公眾號：煙雨舟橫

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