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来自日本北海道大学的研究团队开发了一种新型光电极，利用夹在金膜（Au膜）和金纳米粒子（Au NPs）之间的半导体二氧化钛（TiO2）层，在宽光谱范围内收集可见光。新结构的一个关键特征是Au NPs部分镶嵌在TiO2层中。 研究人员在寻求开发高能效光电极的过程中发现，简单地将一层金纳米粒子应用于半导体并不会产生足够的光吸收，因为纳米粒子仅在很窄的光谱范围内吸收光。 图为新型光电极结构示意图  增强光吸收 为了增强光吸收，该团队在100纳米的Au薄膜和Au NP之间夹入了一个30纳米的TiO2薄膜。当Au NP吸收光时，额外的能量触发金中的电子激发，其将电子转移到半导体层。当系统被来自Au NP侧的光照射时，Au膜作为镜子工作，将光捕获在两个金层之间的空腔中并且帮助纳米颗粒在称为局部表面等离子体共振（LSPR）的现象中吸收更多光。研究人员使用Fabry-Perot纳米腔模式和LSPR之间的强耦合来改善光吸收。 Hiroaki Misawa教授说：“我们的光电极成功地创造了一种新的条件，其中被捕获在氧化钛层中的等离子体和可见光强烈地相互作用，允许具有宽波长范围的光被金纳米粒子吸收。” 该团队发现，超过85％的可见光是由“金三明治”光电极收获的。新的光电极还证明了其具有比以前的方法更有效地转换光能的能力。 优势 Misawa说：“该光电极的光能转换效率比没有光捕获功能的光电极高11倍。” 效率的提高也导致水裂解增强，这是一种有望产生清洁能源的过程。 研究人员认为，他们的方法使用极少量的材料实现太阳光到可再生能源的有效转换，这有助于实现可持续能源的再生。 参考文献 “Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions” Xu Shi, Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Keiji Sasaki & Hiroaki Misawa. Nature Nanotechnology (2018). doi: 10.1038/s41565-018-0208-x
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