Plasmon-driven photocatalytic molecular transformations on metallic nanostructure surfaces: mechanistic insights gained from plasmon-enhanced Raman spectroscopy

表面等离子共振 纳米结构 局域表面等离子体子 表面等离子体子 拉曼散射 表面增强拉曼光谱 纳米颗粒 纳米棒 可见光谱 胶体金
作者
Kexun Chen,Hui Wang
出处
期刊:Molecular Systems Design and Engineering [Royal Society of Chemistry]
卷期号:6 (4): 250-280 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d1me00016k
摘要

Optically excited plasmonic nanostructures exhibit unique capabilities to catalyze interfacial chemical transformations of molecules adsorbed on their surfaces in a regioselective manner through anomalous reaction pathways that are inaccessible under thermal conditions. The mechanistic complexity of plasmon-driven photocatalysis is intimately tied to a series of photophysical and photochemical processes associated with the radiative and non-radiative decay of localized plasmon resonances in metallic nanostructures. Plasmon-enhanced Raman spectroscopy combines ultrahigh detection sensitivity with unique time-resolving and molecular finger-printing capabilities, ideal for detailed kinetic and mechanistic studies of photocatalytic interfacial transformations of molecular adsorbates residing in the plasmonic hot spots. Through systematic case studies of several representative reactions, we demonstrate how plasmon-enhanced Raman spectroscopy can be judiciously utilized as a unique in situ spectroscopic tool to fine-resolve the detailed molecule-transforming processes on the surfaces of optically excited plasmonic nanostructures in real time during the photocatalytic reactions. We further epitomize the mechanistic insights gained from in situ plasmon-enhanced Raman spectroscopic measurements into several central materials design principles that can be employed to guide the rational optimization of the photocatalyst structures and the nanostructure-molecule interfaces for plasmon-mediated surface chemistry.

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