Перераспределение электромагнитного поля вызвало селективный плазмонный поверхностный катализ в металлических нанопроволоках

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 17223 (2015) Цитировать эту статью

2027 Доступов

15 цитат

Подробности о метриках

Для новой интерпретации спектра комбинационного рассеяния света молекулы на поверхности металла реакции поверхностного катализа, управляемого плазмонами (PDSC), стали интересной темой в области исследований поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (SERS). В этой работе селективные реакции PDSC p,p'-димеркаптоазобензола (DMAB), полученного из парааминотиофенола (PATP) или 4-нитробензолтиола (4NBT), были продемонстрированы в системах димер Ag-нанопроволоки-пленка Au. Различные спектры ГКР, собранные в отдельных частях и прилегающих частях одной и той же системы нанопроволока-пленка, указали на важность перераспределения электромагнитного поля, вызванного зарядом изображения на пленке в этом селективном поверхностном катализе, что было подтверждено смоделированным электромагнитным моделированием электромагнитного поля. распределения полей. Наш результат показал, что на селективный поверхностный катализ, вызванный перераспределением электромагнитного поля, в значительной степени влияют поляризация и длина волны падающего света, но незначительно - разница в диаметрах между двумя нанопроволоками. Наша работа обеспечивает дальнейшее понимание реакции PDSC в металлической наноструктуре и может стать глубокой поддержкой для исследований в области поверхностного катализа и анализа поверхности.

Благодаря очаровательным свойствам манипулирования субволновым светом, плазмон с начала этого века быстро расширяется и как новая междисциплина привлекает огромный интерес со стороны научных исследователей не только в физике, но также в химии, биологии, материалологии и т. д. 2,3. Эта фантастическая способность ограничивать свет возникает из-за коллективных колебаний свободных электронов вблизи поверхности металла, возбуждаемых светом, которые называются поверхностными плазмон-поляритонами (ППП). Генерация ППП в металлических наноструктурах приводит к неравномерному распределению электромагнитных полей вблизи поверхности металла. Когда происходят резонансные колебания свободных электронов, называемые локализованным поверхностным плазмонным резонансом (ЛППР), эта неравномерность достигает максимума и приводит к тому, что электромагнитное поле в некоторых областях вблизи поверхности металла становится чрезвычайно усиленным. Это чрезвычайно усиленное электромагнитное поле приводит к значительному повышению эффективности различных оптических процессов на поверхностях, таких как поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS)4,5,6, плазмонный поверхностный катализ (PDSC)7,8,9,10, горячий генерация электронов11,12, эффекты второй гармоники13,14, плазмонный захват15,16, плазмонная усиленная оптическая активность9,17,18, плазмонный сенсор19,20,21 и т. д.

Среди этих плазмонно усиленных оптических явлений исследования PDSC имеют важное теоретическое значение и перспективы применения. В последние двадцать лет три дополнительных пика комбинационного рассеяния PATP, адсорбированных на поверхности металла при 1143, 1390 и 1432 см-1, обычно считались результатом химического усиления в SERS. Однако в 2009 году исследователи теоретически предположили, что эти три комбинационного рассеяния произошли от новой молекулы DMAB, а не PATP, что на поверхности металла наблюдается прогресс фотокатализа под названием PDSC22, который вскоре был продемонстрирован в том же году на поверхности пленки Ag и наносфер Ag8,23 . В последующие пять лет исследования в этой области быстро показали, что были исследованы различные металлические (Au, Ag, Cu) наноструктуры, такие как нанопроволоки24, наносферы25, наночастицы-пленки26, а также сообщалось о другой реакции PDSC DMAB, генерируемой 4NBT7. Исследование особенностей молекул и поверхности металла в реакции PDSC является ключевой миссией этой научной области, которая весьма важна для различения сигналов SERS от исходных мишеней или новой катализируемой молекулы.

Поскольку для этого процесса поверхностного катализа требуются SPP с высокой энергией для разрыва химической связи (NH в PATP и NO в 4NBT), статус SPP вблизи молекулы весьма важен для реакций PDSC. Как известно, структурный фактор поверхности металла доминирует над свойствами ППП1,27. Поэтому верификация процесса PDSC в различных металлических наноструктурах является актуальной задачей в этой области. Благодаря простой конструкции и удобству изготовления системы металлических наночастиц и пленок широко используются в качестве подложек SERS в химическом и биологическом зондировании20,28. В последние два года сообщалось о перераспределении электромагнитного поля, вызванном взаимодействием поверхностного заряда наночастицы и заряда изображения на пленке в системах, что ограниченную световую энергию можно модулировать в различных субволновых областях посредством манипулирования длиной волны падающего света29. 30,31. Поэтому изучение влияния перераспределения электромагнитного поля на реакции ПДСК представляет собой интересное передовое исследование в смежных областях.