ACS Nano: 纳米多孔金属:从等离子体特性到在增强光谱学和光催化中的应用
雨辰 雨辰 2021-04-05

等离子体激元领域能够在从紫外到红外的不同波长范围内进行有趣的应用。等离子体材料的选择和材料的纳米结构对任何等离子体器件的最终性能有重要的影响。人工设计的纳米多孔金属(NPMs)具有较大的比表面积、独特的光学性能、高导电性和较低的刚度等材料特性,具有广泛的应用前景。

有鉴于此,意大利理工学院Denis Garoli等人,综述了金、银、铜、铝、镁、铂等多种纳米多孔金属材料,重点介绍了它们作为等离子体材料的性能。

本文要点

1尽管存在有关NPM的使用和表征的大量报道,但缺少有关NPM与表面等离激元和增强的光谱学以及光催化作用的详细讨论。报告了从最常用的纳米多孔金到混合金属化合物的各种不同金属,并讨论了每种等离激元材料对各种结构设计和应用的适用性。最后,讨论了用于增强光谱学和光催化的传统和替代等离子体材料的潜力和局限性。

2纳米多孔金属的另一个重要方面是它们的制造策略。利用目前应用最广泛的脱合金技术和简便的方法制备具有三维双连续多孔结构、开放纳米孔、孔径可调的纳米多孔金属。不幸的是,不可能对任何起始合金进行脱合金处理,适合该工艺的合金数量有限。因此,制备具有理想性能的NPMs仍然具有挑战性。目前正在研究用于脱合金的先进方法,例如,由于可以实现良好的成分控制,金属玻璃可以用作前体。此外,如果脱合金工艺与模板等其他策略相结合,就有可能制备具有良好控制的形貌和3D结构的NPMs。最后,还提出了其他方法,例如纯金属(例如多孔Au和多孔Cu电极)上的电化学势处理,使用H2气泡作为模板的电化学沉积,使用水热法的金属纳米粒子自组装等,用于制备NPM。

3除了精确的建模、合理的设计和易于制备的纳米多孔金属外,NPMs的材料组成也是决定其性能和功能的关键因素。尽管有关纳米多孔金属的早期工作主要集中在传统的等离子金属(尤其是金和银)上,但最近,使用了其他纳米多孔金属,例如Cu,Ni,Fe,Al和Rh。此外,最常用的NPMs主要在电磁光谱的可见光和红外波段支持等离子体特性。为了填补这一空白,替代等离子体材料,如Al, Mg,和Rh已成为UV领域最有前途的金属。特别是Al由于其等离子体频率大,导致负介电常数(实部)下降到100 nm波长,以及由于其高电子密度而产生的强局域场增强,在UV和DUV区域是一种很有前景的等离子体材料。

参考文献:

Alemayehu Nana Koya et al. Nanoporous Metals: From Plasmonic Properties to Applications in Enhanced Spectroscopy and Photocatalysis. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.0c10945

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10945


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催化;燃料电池;多孔炭材料;炭气凝胶;隔热

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