不同金属的氧化物通常在各种系统中作为光催化剂，如空气净化、水的分解反应，甚至在玻璃和镜子的自清洁表面的生产中都可以用作光催化剂。通过添加纳米颗粒，可以改善这类材料的物理化学性能，使普通氧化物变成具有新功能的纳米材料。然而，要成功地实现这一功能，就必须了解纳米复合材料的形成过程，并能够控制这些过程。ITMO大学的研究人员与来自法国和美国的同事们一起展示了如何利用飞秒激光对填充有金纳米颗粒的二氧化钛薄膜的结构和纳米复合材料特性进行调控。该论文发表在ACS Journal of Physical Chemistry C上。

前段时间，科学家和工程师们创造了一些能够在光照下加速化学过程的特殊材料。这一发现对工业界有很大的影响，这些材料可以用于从空气净化器到燃料电池等各种设备中。其中一种很有前景的材料是二氧化钛，它可以注入金纳米粒子来改善其光催化性能。该领域的研究由ITMO大学的研究人员进行。

事实上，这种复合材料的制造仍然具有挑战性。二氧化钛和金纳米粒子的薄膜可以单独制造，但这两种成分的结合方法还没有建立起来。在氧化膜内放置纳米颗粒存在一定的困难，而要控制纳米颗粒的大小和分布就更难了。国际上有一组研究人员，包括来自ITMO大学的研究人员，建议利用激光照射来实现这一目标。"如果我们将这些材料置于激光照射下，金颗粒和周围的二氧化钛基质都会改变其特性，"ITMO大学的研究人员Maksim Sergeev解释道。

圣光机大学（ITMO）和Hubert Curien实验室的研究人员进行了一项实验，将多孔二氧化钛的薄膜浸渍在金离子中迅速形成几纳米规模的金离子颗粒。然后，对该材料进行了激光照射。结果发现，只要选择适当的飞秒激光照射，就可以有效地控制纳米粒子的生长而不损伤材料。例如，如果激光以极低的速度移动，在二氧化钛薄膜中新生长的纳米颗粒周围可能会形成空穴。

"我们与亚利桑那大学的研究人员一起开发了一个模型来解释这种效应，帮助我们确定材料受到激光辐射时的温度场。该模型考虑了金属颗粒上的共振吸收、局部场增强、光诱导产生的未结合电子和光发射。"法国国家科学研究中心Hubert Curien实验室的研究主任Tatiana Itina解释说："当材料同时含有较小的和较大的颗粒时，材料的温度仍然不足以熔化或破坏材料，但在正确选择的激光参数下，材料的热量会增加。

由于实验和模拟的结果，研究人员现在可以更好地理解纳米复合材料薄膜形成的机制，并有更多的可能性来控制其性能。利用激光器来实现这些目的，将简化这种 "镀金 "二氧化钛薄膜的生产过程，这将使其更容易在工业上实现。但目前，这项技术还远远没有准备好，更多的研究还在进行中。

论文标题为《 Insights into Ultrashort Laser-Driven Au:TiO2 Nanocomposite Formation》。