RIKEN 的化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了為什么將光照射在銀納米粒子上會(huì)導(dǎo)致附著在其表面上的氧分子斷裂。這一見解將幫助研究人員設(shè)計(jì)利用光能的新催化劑。當(dāng)金屬納米粒子被光照射時(shí)，附著在它們上的分子反應(yīng)比平時(shí)更快，或者參與它們通常不會(huì)發(fā)生的反應(yīng)。這種光驅(qū)動(dòng)反應(yīng)是將陽光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種很有前途的方法，但由于沒有人確切地確定它們是如何發(fā)生的，因此它們的應(yīng)用受到了阻礙。

已知的是，在金屬納米粒子上照射光會(huì)激發(fā)金屬中的傳導(dǎo)電子，使它們彼此同步跳舞。這些被稱為局部表面等離子體的增強(qiáng)了納米顆粒附近的電場。幾飛秒后(一飛秒 = 10 -15秒)，在納米粒子中形成高能(“熱”)電子和空穴(缺失的電子)。最后，等離子體衰變，釋放熱量。

因?yàn)檫@一系列事件的發(fā)生得非?？焐系奈⑿〉囊?guī)模，這是非常難以確定哪個(gè)方面-增強(qiáng)電場的的表面等離子體振子，熱電子和空穴，或熱起著在特定光的最大作用誘發(fā)反應(yīng)。

現(xiàn)在，RIKEN 表面和界面科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的 Emiko Kazuma 和她的同事表明，在氧分子吸附在銀表面的情況下，關(guān)鍵因素是熱電子和空穴，空穴的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于電子。與此相關(guān)，他們發(fā)現(xiàn)吸附分子的電子結(jié)構(gòu)是決定反應(yīng)機(jī)理的最重要因素之一。

為了獲得這些發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)使用掃描隧道顯微鏡 (STM) 對(duì)銀表面上的單個(gè)氧分子進(jìn)行成像，并通過在光照射下激發(fā)銀表面和金 STM 尖端之間的間隙處的表面等離子體來誘導(dǎo)反應(yīng)。對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行成像的能力對(duì)其成功至關(guān)重要。“幾乎所有在等離子體反應(yīng)領(lǐng)域工作的團(tuán)隊(duì)都在使用宏觀技術(shù)，例如氣相色譜和紅外光譜，這些技術(shù)可以測量平均參數(shù)，”Kazuma 說。“但由于等離子激元強(qiáng)烈地定位在金屬表面附近，我們希望將那個(gè)小區(qū)域的反應(yīng)可視化以揭示其機(jī)制。”

該團(tuán)隊(duì)打算利用他們的發(fā)現(xiàn)來操縱反應(yīng)途徑。“到目前為止，我們的研究重點(diǎn)是揭示反應(yīng)機(jī)制，但在下一步中，我們將嘗試控制反應(yīng)，調(diào)整吸附分子的電子結(jié)構(gòu)，”Kazuma 說。

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