Photocatalytic Formation and Photoinduced Charging of ZnO–Au Nanostructures

Abstract

Photocatalytic NaAuCl4 reduction by ethanol with the participation of ZnO nanocrystals results in the formation of gold nanocrystals with the mean size of 25–30 nm. The strongly pronounced autocatalytic character of the process reflects the fact that the ZnO–Au nanostructure produced at the initial stage of the photoreaction is a much more efficient photocatalyst than the original ZnO nanocrystals. The charging of gold nanocrystals by photogenerated ZnO conduction band electrons is accompanied by the equilibration of Fermi energies of the metal and semiconductor resulting in the charge redistribution between the components of ZnO–Au nanostructure and photoinduced polarization of ZnO nanocrystals. A long lifetime of the charged state of ZnO–Au nanostructure reflects an exceptional capability of gold nanocrystals to accumulate and retain negative charge.

Фотокаталітичне відновлення NaAuCl4 етанолом за участю нанокристалів ZnO приводить до утворення наночастинок золота з середнім розміром 25–30 нм. Яскраво виражений аутокаталітичний характер фотопроцесу свідчить про те, що наногетероструктури ZnO–Au, які формуються на початковому етапі реакції, є набагато ефективнішим фотокаталізатором, аніж вихідні нанокристали оксиду цинку. Зарядження нанокристалів золота електронами, фотогенерованими у зоні провідності ZnO, супроводжується вирівнюванням рівнів Фермі металу та напівпровідника, перерозподілом зарядів між компонентами наногетероструктури ZnO–Au та фотоіндукованою поляризацією нанокристалів ZnO. Тривале збереження зарядженного стану наноструктури ZnO–Au свідчить про виняткову здатність нанокристалів золота до накопичення та утримування негативного заряду.

Фотокаталитическое восстановление NaAuCl4 этанолом при участии нанокристаллов ZnO приводит к формированию наночастиц золота со средним размером 25–30 нм. Ярко выраженный автокаталитический характер фотопроцесса свидетельствует о том, что формирующиеся на начальном этапе реакции наногетероструктуры ZnO–Au являются гораздо более активным фотокатализатором, чем исходные нанокристаллы оксида цинка. Зарядка нанокристаллов золота электронами, фотогенерированными в зоне проводимости ZnO, сопровождается выравниванием уровней Ферми металла и полупроводника, перераспределением заряда между компонентами наногетероструктуры ZnO–Au и фотоиндуцированной поляризацией нанокристаллов ZnO. Длительное пребывание наноструктур ZnO–Au в заряженном состоянии свидетельствует об исключительной способности нанокристаллов золота к аккумулированию и удерживанию отрицательного заряда.