“一对金纳米粒子”在表面等离激元光催化中的电荷成像研究

来源：中国科学杂志社

表面等离激元（plasmon）是一种存在于金属表面的特殊电磁场形式，可用于对光场的调控和利用。例如，表面等离激元材料可作为光催化剂，利用太阳能，将各种简单前驱体（如二氧化碳、水）转化为有用的燃料和高价值化学品。在这些转化过程中，等离激元电子/空穴的产生、分离、传输、分布至关重要，然而在既往研究中，却鲜有在微纳尺度上对表面等离激元光催化剂电荷转移、分离过程的直接探测。

基于此挑战，中国科学院大连化物所李灿院士、范峰滔研究员团队利用自主研制的空间分辨表面光电压显微镜，研究了等离激元光催化剂Au/TiO2的电荷分离和空间分布。研究者通过纳米操纵技术，在TiO2表面上构筑金纳米颗粒二聚体作为捕光天线，诱导水氧化反应。

观测结果显示，金颗粒二聚体和半导体光催化剂界面的纳腔中，存在电荷聚集现象。与单个金颗粒Au/TiO2催化剂相比，局部电荷聚集使二聚体金颗粒Au/TiO2催化剂的水氧化活性提升了近一个数量级。

更进一步，研究者结合微观表征和理论模拟，详细研究了二聚体分离间距、耦合强度、表面电磁场分布等对局域电荷浓度的影响，并定量分析了催化位点电荷浓度与局域电磁场强度的关系。

该研究揭示了多电子/空穴反应中的局部电荷聚集现象，为调控等离激元光催化过程中的电荷行为提供了理论和实验基础。相关成果以“Probing of coupling effect induced plasmonic charge accumulation for water oxidation”为题发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）。中国科学院大连化物所李灿院士、范峰滔研究员为通讯作者，博士生高玉英为第一作者。

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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