表面等离激元是金属表面自由电子的集体相干振荡效应,当入射光频率与电子集体振荡频率相同时会引起表面等离激元共振。金属纳米结构的表面等离激元共振可将光场束缚在亚波长尺度,从而突破光学衍射极限并增强光与物质的相互作用。利用金属纳米结构等离激元共振驰豫产生的局域场增强、热电子和热效应,可实现在光催化、材料生长、生物治疗、环境治理和能源工程等领域的广泛应用。金属纳米结构作为热源不仅可以催化分子的反应,而且还可以驱动微纳晶体的转变。本论文基于纳米岛及其复合体系的设计开发,围绕等离激元光热效应及其在微纳晶体转变和分子催化以及半导体光催化剂的优化设计和应用方面展开研究。本论文的主要研究内容和结果如下:1.利用等离激元纳米岛光热催化效应实现稀土掺杂发光亚微米晶体的快速转变。在金纳米岛等离激元共振作用下,NaYF4多晶可在几十毫秒内快速转变为Y2O3单晶,不仅晶体结构得到优化,产物纯度较高,而且发光性能得以明显增强。晶体转变的速率可以通过激光辐照的功率和波长调控,还可以通过改变纳米岛的尺寸和间隙调控。此外,等离激元驱动晶体转变也适用于低温环境,打破了传统方法对高温、周期长和能耗高依赖的技术瓶颈,实现了一种分辨率高、靶向性强、环境友好的新方法。相比于金纳米岛体系,银纳米岛诱导晶体转变的效率较高,但其容易发生氧化,导致光热效率稳定性较差,需要进一步提高。2.设计热捕获结构,增强等离激元驱动晶体转变的光热效应。在金纳米岛的表面引入热捕获层Al2O3可显著提高晶体转变的效率,从而增强等离激元的光热效应。由于增强的光吸收和有效的热利用,热捕获结构诱导的晶体转变效率相比于纯金纳米岛体系可以提高10倍。在低温环境中,热捕获体系也能实现相对较高且稳定的光热转换效率。而且,热捕获层的引入还可提升等离激元银纳米岛的光热稳定性。为等离激元光热结构的设计开发,以及在纳米尺度上的光热操纵提供了有效途径。3.通过原位SERS光谱监测银纳米岛等离激元诱导的分子催化,研究等离激元光热效应在对硝基苯硫酚（4-Nitrothiophenol,4-NTP）和对氨基苯硫酚（4-Aminothiophenol,4-ATP）分子聚合反应中的作用。在等离激元银纳米岛的辅助下两种分子均可反应为DMAB分子,且催化效率随温度的升高而逐渐增强。在77K的低温环境中,等离激元诱导4-NTP分子很难实现完全反应,而4-ATP分子不易受温度环境的影响,很容易实现完全催化。表明热效应在等离激元诱导4-NTP催化反应中占据主导作用,而热电子在4-ATP分子催化反应中起着重要作用。因此,等离激元诱导的光催化反应不仅取决于金属纳米结构产生的热电子,热效应同样也发挥着重要作用,这一结论为等离激元纳米材料的光热应用研究提供了一定的参考和指导意义。4.光激发半导体光催化剂可诱导载流子跃迁参与氧化还原反应,通过理论模拟研究了缺陷对新型半导体材料BiOI光催化性能的影响。首先对BiOI体相及{001}表面结构引入氧空位和碘自掺杂缺陷,发现缺陷可增强BiOI体相及{001}表面结构对可见光的吸收,提高其光催化活性。其次通过施加双轴应变可调控BiOI {001}单层模型的电子结构和光学性质,结果表明拉伸应变可提高体系对可见光的利用率。基于BiOI光催化性能的理论研究为光催化剂的结构设计及在实际应用中提供了理论支撑及新的见解。