4. Cấu trúc của đề tài
1.4.2. Ứng dụng hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt trong việc tăng hiệu
tăng hiệu suất cho các quá trình điện hóa.
Các tinh thể nano kim loại quý gần đây đã đƣợc tìm thấy có vai trò quan trọng trong một số phản ứng điện hóa. Dƣới sự chiếu xạ cộng hƣởng, các LSPR của tinh thể nano kim loại có thể tăng cƣờng mạnh mẽ tốc độ phản ứng điện hóa. Cho đến nay, một số loại phản ứng điện hóa đƣợc tăng cƣờng bởi plasmonics đã đƣợc báo cáo: (HER), (OER), (ORR), phản ứng oxy hóa rƣợu (AOR) và các phản ứng bề mặt khác nhau.
HER cung cấp một cách xanh và sạch để lƣu trữ năng lƣợng mặt trời dƣới dạng hydro. Những thách thức chính đối với việc tách nƣớc là khám phá các vật liệu mới có thể đồng thời mở rộng sự hấp thụ ánh sáng đến phạm vi nhìn thấy và ức chế sự tái hợp của các hạt mang điện đƣợc tạo ra. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sự ra đời của cấu trúc nano plasmon có thể giải quyết các vấn đề này [45, 46]. Gần đây, ngƣời ta đã phát hiện ra rằng các giống lai Au − MoS2 có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của HER, dẫn đến sự gia tăng gấp 3 lần dòng điện dƣới sự kích thích LSPR [45]. Trong một báo cáo khác, các vật liệu plasmonic kết hợp với các thanh nano ZnO đã đƣợc sử dụng trong tách nƣớc quang hóa. Nó đã đƣợc tiết lộ rằng các electron nóng đƣợc tạo ra bởi sự kích thích LSPR đã đƣợc tiêm từ các vật liệu plasmonic
vào dải dẫn của các thanh nano ZnO. Tại cùng lúc đó, lớp điện từ cảm ứng plasmon tạo ra các lỗ trống trong dải dẫn của ZnO. Cả hai yếu tố dẫn đến sự phân tách các electron và lỗ nóng đƣợc thúc đẩy, và do đó đẩy nhanh quá trình tách nƣớc.
OER là một trong những quy trình quan trọng trong các ứng dụng dựa trên năng lƣợng. Liu và cộng sự sử dụng các hạt nano Ni(OH)2 đƣợc phủ hạt nano Au làm chất xúc tác, bằng cách kích thích LSPR của hạt Au, xúc tác OER có thể đƣợc kích hoạt một cách đáng kể. Sức mạnh tổng hợp của thế hệ tăng cƣờng của các loài hoạt động và hiệu quả truyền tải điện tích đƣợc cải thiện bằng chiếu xạ ánh sáng đƣợc đề xuất để giải thích cho hoạt động tăng rõ rệt [47].
ORR trong chất điện phân kiềm là một phản ứng quan trọng đối với việc lƣu trữ và chuyển đổi năng lƣợng điện hóa, mang lại cơ hội thay thế để sử dụng các nguồn năng lƣợng sạch hơn và xanh hơn. Gần đây, ORR đã đƣợc nghiên cứu bằng cách sử dụng vật liệu nano lƣỡng kim Ag − Pt với đặc tính không thể phá hủy khi chiếu xạ ánh sáng. Ảnh hƣởng của bƣớc sóng ánh sáng đến hiệu suất tăng cƣờng cho thấy hiệu ứng LSPR chịu trách nhiệm cho việc truyền electron nóng và hiệu suất nâng cao [48].
AOR là kỹ thuật thiết yếu cho pin nhiên liệu cồn trực tiếp ở nhiệt độ thấp cho khả năng chuyển đổi trực tiếp năng lƣợng hóa học của rƣợu thành năng lƣợng điện. Một ống nano TiO2 hai lớp đƣợc trang trí theo định kỳ rất cao đã đƣợc cố định trên bề mặt điện cực, có thể làm tăng thu hoạch ánh sáng và dẫn đến hiệu suất của AOR đƣợc cải thiện [49]. Hơn nữa, AOR có thể đƣợc nhận ra dễ dàng bằng cách kiểm soát tỷ lệ khung hình của các thanh nano Au với các đỉnh LSPR khác nhau. Việc sử dụng thanh nano Au @ Pt , ảnh hƣởng của bƣớc sóng ánh sáng đến hiệu suất xúc tác của AOR đã đƣợc nghiên cứu một cách có hệ thống với các tỷ lệ khung hình khác nhau [50]. Kết quả cho thấy
hoạt động xúc tác quang của phản ứng có thể đƣợc điều chỉnh bằng sự phù hợp của bƣớc sóng ánh sáng. Những kết quả này cung cấp một thiết kế mới của các chất quang điện tử dựa trên hiệu ứng LSPR.
Sự ra đời của cấu trúc nano plasmon có thể kích hoạt các phản ứng bề mặt khác nhau. Gần đây, một thiết bị chuyển mạch phân tử polymer sử dụng các electron nóng - hạt nano Au đã đƣợc phát triển [51]. Các sợi polymer duy trì trạng thái dẫn điện trong bóng tối. Khi chiếu xạ ánh sáng, các electron nóng do plasmon gây ra đƣợc tiêm từ hạt nano Au vào polymer, làm cho polymer đảo ngƣợc chuyển sang trạng thái cách điện. Trong một ví dụ khác, sự pha tạp graphene gây ra bằng hình ảnh đã đạt đƣợc thành công nhờ các electron nóng đƣợc tạo ra từ nano plasmonic [52]. Quá trình này có thể đƣợc kiểm soát bởi cộng hƣởng plasmon và cƣờng độ ánh sáng tới. Các phản ứng bề mặt đƣợc tăng cƣờng bởi plasmonics cho phép phát triển các thiết bị quang và quang điện tử bao gồm các công tắc phân tử, bộ tách sóng quang và thiết bị điện tử cảm ứng quang học.