近日，我院物理学系2019级本科生龙鹏、彭昊和孙伯林同学在黄胜利、李书平教授的联合指导下，实验探究了纳米结构和金属接触对氧化锌光电性质和催化能力的影响，揭示了催化剂微观特性对其功能的调控机制，为半导体纳米材料光电和光催化应用的结构设计提供理论指导。该成果龙鹏同学为第一作者、彭昊同学为第二作者、孙伯林同学为第三作者，以“Modulation of ZnO Nanostructure for Efficient Photocatalytic Performance”为题于2022年12月发表在国际知名纳米科技期刊Nanoscale Research Letters（影响因子5.418）。
形貌结构在半导体的光催化性能中起着举足轻重的作用，表面积的大小通常被认为是影响性能的关键因素，而其他却很少被提及。基于此，在课题组老师的指导下，龙鹏、彭昊和孙伯林同学使用原子层沉积技术以及简单的化学浴、电化学沉积技术制备了纳米薄膜、纳米线、纳米片等三种ZnO纳米结构，并在实验上探究了纳米结构、Au颗粒对ZnO光电特性和催化效率的影响。
研究发现，线状和片状结构明显改善了ZnO对可见光的吸收，其中纳米线在1 Hz的紫外光照下具有87.93的灵敏度和82.65 μA的响应电流，响应时间为2.0 ms，且在紫外光照下对亚甲基蓝降解的催化效率达到2.45 μg/(cm2h)，远高于纳米片和纳米薄膜。Au纳米颗粒的附着带来了新的金属-半导体接触面和表面等离子体特性，增强了材料对光的吸收并延长了光生载流子寿命，但表面覆盖却削弱了对底部ZnO的光激发。由于ZnO催化能力来源于光生载流子，因此Au的附着对催化效率的改善具有双重性作用。实验表明ZnO/Au纳米片的催化效率在紫外光照下提高最大，达到42.4%，远高于纳米线（5.7%）和纳米薄膜（2.6%）。分析表明，这些纳米材料的光电特性和催化效率受其结构的影响不仅取决于表面积的大小、还跟表面粗糙度、缺陷和掺杂状态、空位、极性和非极性面等密切相关，这将为半导体纳米材料光电和光催化应用的结构设计提供指导，并已在课题组合作研发的纳米发电机中获得应用（Adv. Funct. Mater. 2022, 2206750）。
龙鹏、孙伯林和彭昊同学为物理学系2019级本科生。论文中的工作与他们主持的厦门大学学生创新创业训练计划项目紧密相关。三位同学大二上学期就加入宽禁带半导体实验室，并在课题经费的支持下从事半导体光催化剂合成及应用研究。此次龙鹏同学以第一作者在国际权威期刊发表学术论文，表明我院在实施大创项目方面所采取的“以研促学”“本研融合”等系列创新举措，已取得了阶段性的成效。
论文链接：
https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/s11671-022-03760-x
