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与光同行,寻心方向
——记暨南大学纳米光子学研究院副教授娄在祝

2018-12-18

海峡科技与产业 2018年6期
关键词:硅酸光子等离子体

表面等离子体共振效应是纳米光子学的一个重要研究部分,如何控制金属纳米结构的合成是研究表面等离子共振效应的关键。有这样一位青年学者,他提出了一种高效控制双金属表面等离子体异相结构的合成方法,实现了铂在纳米金三角表面的可控生长,获得了多种双金属表面等离子体(Surface Plasmon Resonance, SPR)结构,这一发现为探索高效表面等离子体光催化材料提供了新思路。他就是暨南大学纳米光子学研究院副教授娄在祝。回顾娄在祝多年的科研生涯,师从山东大学黄柏标教授的经历,为他的纳米光子学研究之路提供了理论知识的积累;大阪大学和南阳理工大学的教研员经历,使娄在祝积累了操作实践经验,从而造就了这位在纳米光子学领域正在稳步上升的青年学者。

娄在祝副教授在实验室

新材料,别具匠心

习近平总书记曾指出:加快建设创新型国家要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领原创性成果重大突破。创新是科研之魂。随着科技的发展,我们需要源源不断的新思路新想法以支撑科技的发展。娄在祝深知创新的重要性,为响应国家号召,促进纳米光子学的科研发展,娄在祝进行探索实验并发现了新型极性光电材料。

在探索新型光电材料构建的研究过程中,娄在祝发现了具有宽可见光吸收范围的硅酸银Ag6Si2O7化合物(吸收边~740 nm)。在科学上,每一条道路都应该走一走。遇到障碍时,把道路疏通了,就是对于科学研究的一大贡献。娄在祝打破原有的常规研究思路,另辟蹊径。与以往直接进行实验,通过实验进行数据的分析不同,娄在祝首先进行了理论模拟。通过理论模拟的结果,推测实验结果,然后进行实验验证。理论模拟过程极大地考验了娄在祝的细心程度。他与团队成员在实验室一起进行多次重复的模拟过程以确保数据的真实性和有效性,收集并整理模拟结果。功夫不负有心人,通过理论模拟,娄在祝发现硅酸银Ag6Si2O7化合物晶体结构中存在三种Ag-O配位体,且对硅酸银导带贡献各不相同。根据理论模拟结果,娄在祝推测出该材料具有高效光电载流子分离效率和光催化性能。有了理论数据的支撑,娄在祝又进行了相关实验,因为他知道:理论与实践相结合才会更有说服力。通过光催化实验,娄在祝证明了硅酸银的特殊极性晶体结构有利于载流子分离且具有高效光催化活性。此结果发表后硅酸银及锗酸银体系光电材料受到广泛关注,先后被国内外科学家在Appl. Catal.B-Environ. 等多个国际知名学术期刊引用。以此发现为基础,娄在祝再接再厉,探索制备出一系列具有能带可调控的非晶硅酸银,并将其应用于光催化领域。

新方向,雄心壮志

金属表面等离子体共振(SPR)效应是贵金属纳米颗粒特有的光学性质。它在能源领域有重要应用前景。但贵金属资源稀缺,价格昂贵。近年来探寻具有SPR效应的非金属纳米材料以取代贵金属纳米颗粒成为材料领域的一个热点课题。

“有了之前关于金属表面等离子光催化材料的研究基础,我和我的团队一起在实验室进行研究。我特别怀念那段日子,心无旁骛,专心科研。出现不同意见时,我们也会有激烈的讨论;遇到困难时,我们耐心地梳理过程,找出漏洞。我和我的团队都希望我们能够为纳米光子学的发展贡献自己的一分力量。”在回忆起科研实验的日子时,我们看到的是他对科研的坚持。在黑暗中,即使是一线微光,也常常能使航手找到北极星而修正他的航向。经过不懈的努力,娄在祝提出了一种简单制备非金属表面等离子体材料的化学方法,并成功获得了具有可见-近红外光SPR效应的三氧化钨纳米线,将其应用于光促进储氢材料析氢反应。另外,他还将制备的三氧化钨纳米线作为光吸收天线应用于有机合成Suzuki coupling 反应,大大提高了反应速度。他还提出了电子注入稳定非金属材料的表面等离子体共振效应的概念。

2017年回国后,娄在祝继续开展非金属表面等离子体共振效应的研究。基于自身知识以及在山东大学黄柏标教授课题组所学习的光电材料及催化知识、在日本大阪大学Tetsuro Majima课题组以及在新加坡南洋理工大学Can Xue课题的研究经验,他提出了电子注入法稳定非金属材料的表面等离子体共振效应的概念,并通过制备硫化镉/三氧化钨复合结构实现了稳定非金属表面等离子体材料的构建。同时发现其在分解水产氢中表现出高稳定性和高活性,证明了非金属表面等离子体效应可用于光反应并稳定存在。这一发现不但为纳米光子学提供了科研的新思路,同时也为能源的制备提供了新方法。“做什么人,就要看担起什么责任,否则便是不合格、不称职。”这是娄在祝最喜欢的一句名言。这句话正是娄在祝对于科研的一种态度,他将科研视为自己的责任与义务,坚持不懈,方得成功。

目前,娄在祝任教于暨南大学纳米光子学研究院,主要围绕纳米、材料、能源及环境与光学工程的新兴交叉学科,开展纳米能源光子学、纳米材料光子学等方面的研究工作。最近,娄在祝获得2018年广东省杰出青年、广东省青年珠江学者等荣誉,这也是对娄在祝工作成果的最好证明。凭借执着和认真的态度,娄在祝必然会为中国纳米光子学的科研发展做出更大贡献。

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