[发明专利]一种近红外-可见光谱宽频吸收超材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种近红外‑可见光谱宽频吸收超材料的制备方法，包括：在基底上沉积光吸收层，得到复合光吸收层的基底；在复合光吸收层的基底上沉积二氧化硅薄膜，得到复合有二氧化硅薄膜与光吸收层的基底；在复合有二氧化硅薄膜与光吸收层的基底上通过自组装得到单层微球模板层，然后采用氧等离子体刻蚀单层微球模板层，得到刻蚀后的模板层；在刻蚀后的模板层上沉积金膜，去除模板层，得到近红外‑可见光谱宽频吸收超材料。与现有技术相比，本发明通过光吸收层减少光的透射，同时通过刻蚀模板层制备渔网状的金膜，实现与入射介质的阻抗匹配，有效的抑制光在结构中的反射，从而实现材料的宽频吸收，可高效吸收太阳光，提高了材料的光催化活性。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，尤其涉及一种近红外-可见光谱宽频吸收超材料及其制备方法。

背景技术

在过去的50年里，人类主要依靠燃烧化石燃料获取能源，同时也导致温室气体的过度排放，对生态造成潜在威胁。为实现社会的可持续发展，研究者们利用光催化还原CO₂的方法将CO₂转化为诸如甲烷(CH₄)等高价值的清洁燃料，实现CO₂的循环利用。一般来说，光催化主要包括三个步骤：催化剂吸光产生光生电子-空穴对、电荷转移至催化剂表面以及参与氧化(还原)反应。基于半导体的催化剂由于固有的禁带，不能高效利用低频太阳光。因此，制备宽频、高效吸收的光催化剂是进一步提升催化效率的当务之急。同时，为了进一步提高催化剂的催化活性，需要对电荷转移过程进行优化，抑制光生载流子复合。

据美国《物理评论快报》杂志(《Physics Review Letters》，2008年100卷第207402页)介绍，等离基元超材料作为一种人工结构，通过设计周期性阵列微观结构实现与入射介质的阻抗匹配抑制反射，同时结合厚层金属板介质抑制透射，可作为一种理想的完美吸收体。Au纳米晶作为一种具有等离激元效应的金属，具有优越的吸光能力；作为催化剂可实现光热转换提升活性中心的温度，促进反应进行，因此合理设计并制备基于Au的等离激元超材料有望应用于光催化反应。而除了吸光能力，快速的电荷转移过程和高活性的催化位点设计也是必不可少的。金纳米晶的连续能带导致高电子-空穴复合速率，因此活性不高。而将Au超材料吸收器与AgCu合金耦合，由于二者功函数不同，可在吸光提升局域温度的同时加速Au表面的光生电子转移，同时结合AgCu合金高活性位点，用于CO₂转化。

传统的自上而下光刻技术可实现周期纳米阵列的制备，但制备大尺寸样品成本高，工艺繁琐复杂，且样品的微观结构周期较大，一般在微米量级，因此样品不能充分利用太阳光。所以，急需发展一种能制备出可见光-近红外宽频吸收超材料的方法，制备基于Au的超材料吸收器并结合AgCu合金活性位点用于CO₂催化还原。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可高效吸收太阳光且催化活性较高的近红外-可见光谱宽频吸收超材料及其制备方法。

本发明提供了一种近红外-可见光谱宽频吸收超材料，其特征在于，包括：

基底；

设置于所述基底上的光吸收层；

设置于所述光吸收层上的二氧化硅薄膜；

设置与所述二氧化硅薄膜上的渔网状金膜。

优选的，还包括设置于所述渔网状金膜上的银铜合金层。

本发明还提供了一种近红外-可见光谱宽频吸收超材料的制备方法，包括：

S1)在基底上沉积光吸收层，得到复合光吸收层的基底；

S2)在复合光吸收层的基底上沉积二氧化硅薄膜，得到复合有二氧化硅薄膜与光吸收层的基底；