陕师大苗荣课题组《AM》：染料修饰金纳米棒提升光热转换效率及矿物盐可控、限域结晶

光热材料因其在能源转换、生物医学、环境治理等领域的广泛应用而备受关注。金纳米棒（GNRs）作为一种典型的光热材料，具有独特的局域表面等离子体共振特性，能够高效地将光能转化为热能，是光热领域的热点材料。然而，传统GNRs的光热性能受限于其光吸收效率和分散稳定性，难以满足日益增长的高效、稳定光热材料的需求。因此，如何通过合理的材料设计和功能化修饰，进一步提升GNRs的光热性能，成为当前研究的重要方向。有机染料种类多、光物理性质可调，可以通过分子结构精确设计，提升染料激发态的非辐射跃迁，获得高效光热转换。然而，有机材料通常面临光漂白问题，尤其是在固态应用中。本研究报道了一种简便有效的方法，通过将特别设计的有机光热分子修饰于GNRs表面，构建了兼具高效光热转换和优异稳定性的有机-无机杂化光热材料。

图1 . 修饰GNRs的合成过程。

在638 nm激光照射下，修饰后的GNRs掺杂的薄膜表面温度升高可高达111°C，是相同条件下未修饰GNRs掺杂薄膜的两倍。通过调节掺杂材料浓度或光功率，可以将薄膜的表面温度精确控制在31至116°C之间。此外，研究发现，仅掺杂有机分子的薄膜在光照一次之后就发生了明显的光漂白作用，而修饰后的 GNRs掺杂的薄膜具有更优异的稳定性和可重复使用性，在循环使用10次之后依然保持很好的光热转换性能。

图2 . 不同材料掺杂薄膜的光热转换性能。

为理解 修饰GNRs优异的光热转换性能，我们利用密度泛函理论计算了所设计分子的激发态构象及前线轨道。结果表明，所设计分子中涉及较强的分子内电荷转移，且具有极低的辐射跃迁概率。因而，我们推断，修饰GNRs的优异光热性能得益于等离子体热效应和非辐射弛豫的协同作用。

图3 . 修饰GNRs的光热机制。

基于修饰GNRs掺杂薄膜的优异光热转换效率、出色的稳定性和可重复使用性，我们以该薄膜作为能量转换器，成功实现了多种矿物盐（NaCl、CaCO ₃ 、BaCO ₃ 和SrCO ₃ ）的可控光热诱导结晶及表面图案化。