表面积与体积比驱动纳米金向电解液中的光电子注入

摘要： 来自等离子体纳米材料的热载流子因其有望在太阳能水分解等重要应用中发挥作用而受到越来越多的关注。尽管过去几十年间在等离子体电荷载流子的产生及其向金属周围环境的转移方面已取得诸多重要成果，但这些载流子的局部来源仍不明确。通过采用纳米多孔金的双连续纳米级网络进行研究，我们以统一方法全面探究了这两个子课题，并对控制宽带光学吸收以及热电子产生和注入相邻电解质（从而增强电催化析氢）的物理机制提供了前所未有的见解。这种吸收行为与金属纳米颗粒中众所周知的局域表面等离子体共振效应截然不同。当连接径尺寸较小时，我们网络中的等离子体衰减会通过电子的表面碰撞显著增强。这些表面碰撞负责将能量转移给载流子，从而从宽光谱的光子能量中产生热电子。当我们将金的连接径尺寸减小到30纳米以下时，我们展示出从纯粹激发费米能级深处5d电子的吸收，转变为显著激发"自由"6sp电子发射的吸收的转变过程。我们通过评估金网络光电极的内部量子效率随特征尺寸的变化来区分这些过程，从而提供了对纳米尺度等离子体系统中热电子产生和注入过程的尺寸依赖性理解。我们证明，与体积效应相比，表面效应占据主导地位并导致效率显著提高。需要认识到的最重要事实是，在本文所呈现的表面光电效应中，吸收和电子转移都是同一量子力学事件的一部分。