Nano Research: 二氧化硅包覆的TiO2纳米粒子的氮化及其光热性能
雨辰
难熔化合物的纳米颗粒代表了一类稳定的材料，在可见光和近红外光谱区域支持局域表面等离子体共振(LSPRs)方面具有广阔的应用前景。由于在合成和应用过程中难以控制单个耐火纳米粒子中电荷载流子的密度和维持纳米粒子的分散性，合理调整LSPR波段仍具有挑战性。
有鉴于此，天普大学孙玉刚教授和戴海龙教授等人，开发了在高温下通过氮化反应将包裹有介孔二氧化硅（SiO2）壳的二氧化钛（TiO2）纳米颗粒控制化学转变为氮化钛（TiN）的方法，以调节生成的氧化钛-氮化钛(TiOxNy)纳米粒子中自由电子的密度。
本文要点
1）报告了一种化学计量比可控的化学转化过程，可在将二氧化钛（TiO2）纳米颗粒氮化为氮化钛（TiN）的过程中获得可调的LSPR带。TiO2中的所有Ti 3d电子都局限在Ti-O共价键中，而TiN中的每个Ti原子都具有一个3d电子，该电子可以离域以支持LSPR。
2）在单个TiO2纳米颗粒表面沉积了一层光学透明的二氧化硅（SiO2，塔曼温度为987°C），以防止它们在高温氮化过程中烧结。通过溶液相溶胶-凝胶法沉积二氧化硅涂层，其导致在二氧化硅层中形成介孔。介孔有利于气体向反应的TiO2纳米粒子扩散或远离。
3）这种可调性提供了灵活性，可支持可见光和NIR区域中合成的TiOxNy @ SiO2核壳纳米粒子中基于LSPR的光吸收。二氧化硅壳在防止氮化反应中TiOxNy纳米粒子的烧结以及在应用中保持TiOxNy纳米粒子的稳定性方面起着至关重要的作用。TiOxNy @ SiO2纳米粒子中基于LSPR的宽带光吸收表现出强大的光热效应，光热转换效率高达〜76％。
参考文献：
Wei, Q., Kuhn, D.L., Zander, Z. et al. Silica-coating-assisted nitridation of TiO2 nanoparticles and their photothermal property. Nano Res. (2021).
DOI: 10.1007/s12274-021-3427-7
https://doi.org/10.1007/s12274-021-3427-7
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