一种增强表面等离激元效应的高效催化反应器的制作方法

本发明属于表面催化反应器件技术领域，具体涉及一种增强表面等离激元效应的高效催化反应器。

背景技术

表面等离激元(sps)是电磁波(光)与金属(或掺杂半导体)表面内的准自由电子气集体振荡相干耦合后形成的一种共振激发元。通常把能局域于金属纳米颗粒表面的电子振荡称为局域表面等离激元共振(lspr)。在纳米尺度范围，等离激元诱导的催化反应占据主导地位，通常我们把它称作等离激元诱导化学反应。众所周知，等离激元衰减而产生的热电子在等离激元诱导的化学反应中扮演着重要的角色。当热电子暂时吸附于目标分子时，等离激元诱导化学反应中的分子的中性势能面(pes)被注入电子，因此使分子的反应势垒显著降低，同时热电子还能暂时起到连接分子的作用。同时，热电子的动能可以有效地转移给目标分子，为催化反应提供能量；热电子还能作为催化反应所需的能量推动分子反应的发生。

然而,现有的表面等离激元催化反应器如图1所示，是将目标分子置于二维半导体材料上进行催化反应，目标分子会遮挡入射光,从而导致入射到金属纳米颗粒上的光强度减少,从而导致金属颗粒周围电场较小,降低了所激发的金属纳米颗粒表面等离激元效应,使得催化反应效率比较低较。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是要解决现有表面等离激元催化反应器进行催化反应的目标分子容易遮挡的入射光对所激发的表面等离激元效应造成削弱的问题。

本发明提供一种增强表面等离激元效应的高效催化反应器，包括第一透光导电膜，设置于第一透光导电膜上表面、相互间隔的源极/漏极，所述第一透光导电膜下方设置有sio2层，第一透光导电膜与sio2层之间设置有多少个金属纳米颗粒，所述sio2层的下方设置有第二透光导电膜，所述第二透光导电膜的下方还设置有底座，所述第二透光导电膜还与引入的门电压电连接，所述第一透光导电膜为波浪形。

所述第二透光导电膜与底座之间还设置有反光层。

所述金属纳米颗粒为圆球状，并且分为直径较大和直径较小两种，两种不同直径的金属纳米颗粒间隔排列。

所述金属纳米颗粒为竖向截面为三角形的尖锥状，多个金属纳米颗粒均匀排列。

所述反光层是由铝制成。

所述第一透光导电膜为石墨烯透光导电薄膜。

所述第二透光导电膜为石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜。

目标分子位于源极/漏极之间的缝隙，进行催化反应。

入射光垂直入射源极/漏极之间的缝隙。

本发明的有益效果：本发明提供的这种增强表面等离激元效应的高效催化反应，解决现有表面等离激元催化反应器进行催化反应的目标分子容易遮挡的入射光对所激发的表面等离激元效应造成削弱的问题，具体是将第一透光导电膜设置为纳米波浪形，每一个金属纳米颗粒均与第一透光导电膜的一个纳米波浪形的弧度相吻合，波浪形的底端形成强电场，与金属颗粒中的电荷振动形成耦合，从而增强了金属纳米颗粒周围的电场，从而提高了金属纳米颗粒表面的电子振荡，形成更强的表面等离激元效应，这样，就可以增强目标分子进行催化反应，另一方面通过源极、漏极之间的偏压进行偏压调控、通过与第一透光导电膜电连接所引入的门电压进行门电压调控，从而使得该增强表面等离激元效应的高效催化反应器能够进行光电协同表面等离激元-激子耦合进行目标分子的催化反应的调控，不仅反应效率高，而且便于进行反应效率的控制。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是现有催化反应器结构示意图。

图2是本专利申请所提供的增强表面等离激元效应的高效催化反应器结构示意图。

图3是金属纳米颗粒为竖向截面为三角形的尖锥状结构示意图。

图4是金属纳米颗粒为不同直径的圆球间隔排列示意图。

图中：1、入射光；2、源极/漏极；3、目标分子；4、第一透光导电膜；5、金属纳米颗粒；6、第二透光导电膜；7、底座；8、sio2层；9、反光层。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决现有表面等离激元催化反应器进行催化反应的目标分子容易遮挡的入射光对所激发的表面等离激元效应造成削弱的问题。本发明提供了一种如图2所示的增强表面等离激元效应的高效催化反应器，包括第一透光导电膜4，设置于第一透光导电膜4上表面、相互间隔的源极/漏极2，所述第一透光导电膜4下方设置有sio2层8，第一透光导电膜4与sio2层8之间设置有多少个金属纳米颗粒5，所述sio2层8的下方设置有第二透光导电膜6，所述第二透光导电膜6的下方还设置有底座7，所述第二透光导电膜6还与引入的门电压电连接，所述第一透光导电膜4为波浪形；每一个金属纳米颗粒5均与第一透光导电膜4的一个纳米波浪形的弧度相吻合，从而增强了金属纳米颗粒5周围的电场，提高了金属纳米颗粒5表面的电子振荡，形成更强的表面等离激元效应，这样，就可以增强目标分子进行催化反应。

所述第一透光导电膜4为石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜，第一透光导电膜4的要求是便于下述的入射光1穿过，同时具有很好的导电性两个特性，因此，第一透光导电膜4可以选择石墨烯透光导电薄膜。

石墨烯透光导电薄膜具有非常好的化学稳定性、柔韧性、导电性、透明性导热性；石墨烯透光导电薄膜中电子的传导速率可达8*10⁵m/s，石墨烯中电子传输速率的阻力很小，可以移动亚微米的距离而不发生散射；另一方面，石墨烯在光的照射下不透明度只有2.2～2.4％，反射率是小于0.1％，可以忽略不计，将目标分子3置于由石墨烯透光导电薄膜制备的第一透光导电膜4上进行催化反应，在入射光1的作用下，金属纳米颗粒5周围的电场发生了变化，能够产生非常强的表面等离激元效应，这样，就可以很好的增强目标分子进行催化反应。

所述第二透光导电膜6为石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜，第二透光导电膜6的要求是便于下述的入射光1的反射光穿过，同时具有很好的导电性两个特性，因此，第二透光导电膜6可以选择石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜，其中金属氧化物透光导电薄膜可以选择ito、fto、zao三大体系中的任意一种。

所述第二透光导电膜6与底座7之间还设置有反光层9，反光层9可以将入射光1进行反射，从而从另一面来增强金属纳米颗粒5发生表面等离激元效应，使得目标分子3具有更高效率的催化反应。

为了使得第一透光导电膜4能够更好的与金属纳米颗粒5进行接触，增强金属纳米颗粒5的表面等离激元效应，所述金属纳米颗粒5为竖向截面为三角形的尖锥状，并且多个金属纳米颗粒5均匀排列，如图3所示，每个第一透光导电膜4的波浪形弧度与一个金属纳米颗粒5对应，这样就可以使得金属纳米颗粒5的表面产生更强的表面等离激元效应，从而提高置于第一透光导电膜4上的目标分子3发生催化反应的效率。

另一种方式，如图4所示，所述金属纳米颗粒5为圆球状，并且分为直径较大和直径较小两种，两种不同直径的金属纳米颗粒5间隔排列。大直径金属颗粒中电荷振动会形成强电场，该强电场激发小直径金属颗粒中的电荷振动，从而形成更强的电场。该电场级联放大的作用，更有利于提高催化反应效率。

所述金属纳米颗粒5为竖向截面为三角形的尖锥状，多个金属纳米颗粒5均匀排列。

所述反光层9是由铝制成，金属铝制成的反光层具有很好的反光效果，而且金属铝制成反光层比较轻，而且牢固耐久。

所述第二透光导电膜6为石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜。

所述目标分子3位于源极/漏极2之间的缝隙，进行催化反应，缝隙的宽度可以根据需要反应的目标分子3进行调节，一般调节的范围在1-100nm之间。

所述入射光1垂直入射源极/漏极2之间的缝隙，在缝隙直射目标分子3之后，入射到第一透光导电膜4，在第一透光导电膜4可以激发金属纳米颗粒5表面等离激元效应，进一步增强金属纳米颗粒5表面的电子振荡效率，从而使得该高效催化反应器整体上具有更好的催化目标分子3进行反应的作用。

最后，需要说明的是，上述的金属纳米颗粒5可以是银颗粒、金颗粒等金属形成的纳米颗粒。

在调控目标分子3催化反应效率方面，可以通过调节入射光1的功率进行调节，也可以通过调节源极/漏极之间的偏压，以及第二透光导电膜6引入的门电压进行目标分子3催化反应速率的调节；从而使得该增强表面等离激元效应的高效催化反应器能够进行光电协同表面等离激元-激子耦合进行目标分子的催化反应的调控，不仅反应效率高，而且便于进行反应效率的控制。

以本实施例提供的增强表面等离激元效应的高效催化反应器对目标分子:氯化硝基四氮唑蓝(nbt)分子进行催化反应，使其生产二甲基胺硼烷(dmab)分子，可以直接调节入射光1的功率为5mw、6mw、7mw、8mw等，改变nbt分子的催化反应速率，也可以固定门电压，调节偏压，或者固定偏压，调节门电压，改变nbt分子的催化反应速率，例如：设置入射光1的功率为5mw，门电压为3v，偏压为1v，这样石墨烯透光导电膜和金属纳米颗粒5之间存在一定强度的相互耦合作用，即表面等离激元和激子之间存在相互耦合作用，目标分子3催化反应是一个速率，设置入射光1的功率为5mw，门电压为2v，偏压为1v，这样石墨烯透光导电膜和金属纳米颗粒5之间存在另一个强度的相互耦合作用，即表面等离激元和激子之间存在相互耦合作用，目标分子3催化反应是另一个速率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。