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用于太阳能-氢能转换的垂直石墨烯纳米天线
Xu, C., Bo, Z., Wu, S., Wen, Z., Chen, J., Luo, T., Lee, E., Xiong, G., Amal, R., Wee, A., Yan, J., Cen, K., Fisher, T., Ostrikov, K.
Solar Energy
Abstract
光生载流子的有效分离与传输是太阳能转换中的共性难题。功能纳米结构附近的强局域电场可抑制电荷复合，提升能量效率与光催化活性。然而，常见金属基光催化体系在导电基底上存在红外光能利用率低、界面质量与稳定性不足，以及高复杂度与成本等问题。本研究开发了一种同时具备红外局域场增强、高电导率与界面稳定性的光催化纳米天线。该纳米天线通过等离子体法制备全碳垂直石墨烯纳米花瓣（GPs），并与高性能无金属半导体石墨相氮化碳（g-C₃N₄）光催化剂共价界面耦合。利用光诱导力显微镜获取了近红外与中红外波段沿垂直立式超锐利GP边缘纳米天线的局域电场增强实空间图像。光电流、电化学阻抗谱与时间分辨光致发光谱证实：GP边缘纳米天线显著增强了光生载流子分离效率，加速了载流子迁移，并延长了载流子寿命。同时验证了花瓣边缘纳米天线的可规模化制备特性。这种独特的石墨烯纳米结构具有优异的光谱特性，对光催化、光伏、太阳能热脱盐与净化等大规模太阳能捕获应用具有重要意义。