ChemCatChem:原位SERS研究核-壳纳米结构的表界面热电子转移过程

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南开大学谢微课题组报道了在接触电势的驱动下,Aucore-Agshell金属纳米催化剂对多电子还原体系表现出优异的等离激元催化活性,为促进热电子在等离激元光催化体系中的高效利用提供了新的思路。



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金属纳米颗粒通过局域表面等离激元共振在可见光区域内显示出强烈的光-物质相互作用,引起纳米颗粒内费米能级附近自由电子的集体振荡。在等离激元电荷转移诱导的光催化反应中,等离激元衰变产生的高能载流子(热电子、空穴)常常充当金属纳米颗粒表面的绿色氧化还原剂,从而激活相应的还原和氧化转化。4-硝基苯酚(4-NTP)到4,4'-二巯基偶氮苯(4,4'-DMAB)这一四电子还原转化是理解等激元催化体系中多电子转移过程最基本的模型反应。尽管目前对热电子还原反应的研究取得了较为显著的进展,等离激元催化剂内电子-空穴的快速复合仍是导致还原产率较低的主要问题。


南开大学谢微课题组利用原位SERS研究了等离激元光催化体系中4-NTP向4,4'-DMAB转化的动力学过程,结果表明,与具有相同尺寸和表面配体的单金属催化剂相比较,利用种子介导法合成的Aucore-Agshell双金属纳米颗粒对这一四电子转化表现出更为优异的光催化活性,并且该双金属纳米结构中热电子的利用效率与Ag壳厚度呈现出明显的相关性。根据机理研究,作者提出了界面接触电势增强热载流子分离的新机制,在接触电势的驱动下,Au核内产生的高能热电子可以通过双金属界面转移至外层Ag壳,随后热电子在Ag壳中迁移一段距离到达表面诱导等离激元光催化反应发生。双金属催化剂中有效的界面传输促进了热电子与空穴的分离,为反应物的四电子还原提供了足够的热电子,从而提高其催化转化活性。

文信息

Enhanced Plasmonic Hot Electron Transfer on Aucore-Agshell Nanoparticles under Visible-Light Irradiation

Ying Wang†, Yonglong Li†, Zhao Zhang, Wei Xie


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202300919




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