近日，倪卫海课题组在金@氧化钌核壳结构用于热电子产生率增强方面取得创新性研究成果。该成果以苏州大学物理学院江苏省薄膜重点实验室为第一单位，以“Gold nanorod@Ruthenium oxide core-shell heterostructures: synthesis, single-particle characterizations, and enhanced hot electron generation” 为题发表在国际权威期刊《Advanced Optical Materials》上(影响因子IF = 8.286)。
因局域表面等离激元共振，金属纳米颗粒中产生动能为1-3 eV的热电子可以克服金属/半导体界面处的肖特基势垒注入半导体，从而产生光电流。利用核壳结构在壳层内部的电场增强可以提高热电子产生率。但是金属的特性使得其内电场产生很大的损耗。由于导电金属氧化物的电场损耗较小，将此包覆于金纳米颗粒表面，能有效增强热电子产生率。
本工作首先提出了一种将氧化钌包覆于金纳米棒（Au NR）表面形成金@氧化钌核壳纳米棒（Au@RuO2NR）的方法，并探究了其最优的制备条件。接着，利用扫描电镜和暗场散射光谱对单个Au@RuO2NR表征了与核壳纳米结构的尺寸和结构细节相对应的等离激元光学性质。通过理论模型对测量得到的散射光谱进行拟合，确定了RuO2的复折射率及其在300 °C热处理前后的变化。最后利用光电化学池进行的光电流测量，结果表明在638 nm波长处，厚度为8.2 nm的RuO2壳层使得Au@RuO2NR的热电子产生率相较Au NR增强了2.9倍，与理论计算结果相符。计算结果还表明在800 nm处的增强甚至超过50倍。其物理机制是RuO2壳层内部存在显著增强的电场，并且与金属相比损耗更小，而RuO2同时具有的优良导电特性则使得壳层内部产生热电子的传输成为可能。
