表面等离子体共振与光催化

3.若贵金属纳米粒子与半导体光催化剂为非直接接 触，由于表面等离子体共振效应产生的电磁场场 强增强,也能够促使半导体光催化剂产生光生电子空穴对，局域电磁场增强半导体载流子的分离
4.表面等离子体激发的电子与半导体价带电子碰撞，共振能 量转移，把半导体价带上的电子激发到半导体导带，发生光 催化反应，然后光生电子和空穴受通过半导体与金属界面形 成的空间电荷层分离。对于这种情况要求表面等离子体共振 激发的能量要大于半导体的禁带宽度
表面等离子体共振与光催化
表面等来自百度文库子体
在金属中，价电子可以在晶体中自由移 动，而金属离子被束缚在晶格位置上， 但总体是电中性的，类似于气体状等离 子体，因此可以把金属看作一种电荷密 度很高的低温等离子体 存在于金属内部的自由电子气团称为体 等离子体 存在于金属表面的自由电子气团称为表 面等离子体
表面等离子体光催化剂四种作用机理
1.贵金属纳米颗粒负载在半导体光催化剂表面,贵金属 与半导体光催化剂界面会形成肖特基势垒,当半导体 电子被光激发后，贵金属纳米粒子能够有效捕获光 生电子,从而有效抑制光生电子-空穴复合
2.由表面的离子体共振激发的光生电子即电子-电子 弛豫过程，具有很高的能量，一般超过半导体的导 带，这样电子可以直接进入半导体导带，不需要能 级匹配，只要满足弛豫电子的能量大于弯曲导带的 能量就可
局域表面等离子体共振
金属纳米颗粒在外来入射光波电场的作用下,外层的自由电子被 极化,发生运动,导致新电场的产生,从而给原有体系内部施加一 种线性的内部恢复力,被局限于金属纳米颗粒内部,所产生的电子 偶极震荡，称为局域表面等离子体共振。局域表面等离子体的 产生条件非常简单,当一个尺寸小于亚波长的导电纳米颗粒在共 振的电磁场中发生散射时，就会产生局域表面等离子体震荡。 并且由于纳米颗粒的粗躁外表,局域表面等离子体仅在光波直接 照射的条件下就可以产生共振，不需要相位匹配。
表面等离子体共振与光催化
肖特基势垒
半导体是一个n型半导体时，当Ws<Wm, 在金属 与半导体接触时，电子会从半导体注入金属， 使费米能级持平，在半导体接触表面形成正的 空间电荷区，使得半导体表面电子能量高于体 内，能带向上弯曲，形成了表面势垒，阻碍半 导体中的电子向金属转移
肖特基势垒
半导体是一个p型半导体时，当Wm<Ws, 在金 属与半导体接触时，电子会从金属注入半导 体，在半导体接触表面形成负的空间电荷区， 使得半导体表面电子能量低于体内，能带向 下弯曲，形成了表面势垒，形成p型阻挡层
表面等离子体共振
倏逝波
全反射时，光波不是绝对在界面上被反射回第一 介质，而是透入第二介质大约一个波长的深度， 并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介 质，沿着反射光方向射出。这个沿着第二介质表 面流动的波称为倏逝波。
表面等离子体共振
由于倏逝波的存在，金属表面可迁移的 自由电子的电荷密度波将与入射电磁波 产生耦合作用，导致电荷密度涨落，引 发集体振荡，产生沿着金属表面传播的 电子疏密波，称为表面等离子体波。能 量从光子转移到表面等离子，入射光的 大部分能量被表面等离子体波吸收