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通过光沉积法在氧化锌薄膜上可控生长和接枝高密度金纳米颗粒

Controlled Growth and Grafting of High-Density Au Nanoparticles on Zinc Oxide Thin Films by Photo-Deposition.

作者信息

Cure Jérémy, Assi Hala, Cocq Kévin, Marìn Lorena, Fajerwerg Katia, Fau Pierre, Bêche Eric, Chabal Yves J, Estève Alain, Rossi Carole

机构信息

LAAS-CNRS, University of Toulouse , 7 Avenue du Colonel Roche, F-31077 Toulouse, France.

LCC-CNRS, University of Toulouse , 205 Route de Narbonne, F-31077 Toulouse, France.

出版信息

Langmuir. 2018 Feb 6;34(5):1932-1940. doi: 10.1021/acs.langmuir.7b04105. Epub 2018 Jan 22.

DOI:10.1021/acs.langmuir.7b04105
PMID:29316786
Abstract

The integration of high-purity nano-objects on substrates remains a great challenge for addressing scaling-up issues in nanotechnology. For instance, grafting gold nanoparticles (NPs) on zinc oxide films, a major step process for catalysis or photovoltaic applications, still remains difficult to master. We report a modified photodeposition (P-D) approach that achieves tight control of the NPs size (7.5 ± 3 nm), shape (spherical), purity, and high areal density (3500 ± 10 NPs/μm) on ZnO films. This deposition method is also compatible with large ZnO surface areas. Combining electronic microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy measurements, we demonstrate that growth occurs primarily in confined spaces (between the grains of the ZnO film), resulting in gold NPs embedded within the ZnO surface grains thus establishing a unique NPs/surface arrangement. This modified P-D process offers a powerful method to control nanoparticle morphology and areal density and to achieve strong Au interaction with the metal oxide substrate. This work also highlights the key role of ZnO surface morphology to control the NPs density and their size distribution. Furthermore, we experimentally demonstrate an increase of the ZnO photocatalytic activity due to high densities of Au NPs, opening applications for the decontamination of water or the photoreduction of water for hydrogen production.

摘要

在衬底上集成高纯度纳米物体仍然是解决纳米技术放大问题的巨大挑战。例如,在氧化锌薄膜上接枝金纳米颗粒(NPs),这是催化或光伏应用的一个主要步骤,但仍然难以掌握。我们报道了一种改进的光沉积(P-D)方法,该方法能够精确控制氧化锌薄膜上纳米颗粒的尺寸(7.5±3纳米)、形状(球形)、纯度和高面密度(3500±10个纳米颗粒/μm)。这种沉积方法也适用于大面积的氧化锌表面。结合电子显微镜和X射线光电子能谱测量,我们证明生长主要发生在受限空间(氧化锌薄膜的晶粒之间),导致金纳米颗粒嵌入氧化锌表面晶粒内,从而建立了一种独特的纳米颗粒/表面排列。这种改进的P-D工艺提供了一种强大的方法来控制纳米颗粒的形态和面密度,并实现金与金属氧化物衬底的强相互作用。这项工作还突出了氧化锌表面形态在控制纳米颗粒密度及其尺寸分布方面的关键作用。此外,我们通过实验证明,由于高密度的金纳米颗粒,氧化锌的光催化活性有所提高,这为水的净化或水的光还原制氢开辟了应用前景。

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