通讯作者：郑昭科，黄柏标

通讯作者单位：山东大学

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.asems.2022.100014

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背景介绍

近年来，通过表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）来增强化学反应已成为催化领域的一个研究热点。SPR效应是金属纳米颗粒所具备的特殊光学性质，其可根据金属的成分、形状和尺寸进行调整。这种可调谐的光-物质相互作用为生物学、传感和人工光合作用领域提供了可能性，例如纳米等离子体传感策略已成功应用于监测单粒子水平的催化反应。当SPR金属与分子相互接触时，其SPR衰减速率会受到严重影响，这一现象通常称为“化学界面阻尼”。考虑到该过程对金属纳米结构的组成、尺寸、几何形状和局部环境相当敏感，在原位条件下对单个纳米颗粒进行表征是揭示其相互作用的关键。因其具有可调的长径比相关纵向SPR模式，Au纳米棒是研究SPR衰减过程的理想模型，而单颗粒荧光（PL）技术是研究单个Au纳米棒SPR衰减机制的有效工具。

基于此，山东大学郑昭科教授开发了光辅助调控Au纳米棒几何结构的方法，合成了具有不同纵横比的Au纳米棒，并通过单颗粒光谱技术结合宏观实验和时域有限差分模拟（FDTD），实现了对单个Au纳米棒光致缩短的原位观察以及对催化过程的原位观测，这有助于理解SPR衰减机制与纳米结构之间的关系，并阐明了SPR诱导的甲酸脱氢催化机制。

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本文要点

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图1 具有不同长径比的Au纳米棒消光光谱和TEM图像。

要点1：开发了光辅助调控Au纳米棒几何结构的方法，合成了具有不同长径比的Au纳米棒。在铂离子的辅助下，纳米棒的纵向长度随光照时间逐渐缩短，而其径向长度保持不变。

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图2 单个Au纳米棒的PL图像和不同光照时间的PL光谱。

要点2：借助单颗粒光谱技术实现了对单个Au纳米棒光致缩短的原位观察。单个纳米棒的荧光光谱在光照条件下逐渐蓝移，表明其长径比的变化。

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图3 Pd-Au纳米棒与甲酸分子接触时的单颗粒原位测量

要点3：借助单颗粒技术实现了对催化过程的原位观测，证实了等离子体纳米结构和吸附分子（甲酸）间的载流子转移，并阐明了SPR诱导的甲酸脱氢催化机制。

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小结

该工作基于一种光诱导结构调控的策略来制备具有不同长径比的Au纳米棒（命名为 Au NRs-L、Au NRs-M 和 Au NRs-S），通过单颗粒荧光光谱技术，在单粒子水平上原位监测了Au 纳米棒的可控缩短过程和双金属等离子体纳米结构与吸附分子（甲酸）间的界面相互作用。当将甲酸分子注入样品池时，观察到Pd-Au纳米棒的PL猝灭，证实了Pd-Au纳米棒和甲酸分子间的电荷转移。最后，通过将单颗粒PL测量与FDTD、DFT计算相结合，阐明了SPR诱导的甲酸脱氢催化机制。

文章来源

F. Tong, et al. In situ observation of photo-induced shortening of single Au nanorod for plasmon-enhanced formic acid dehydrogenation.Advanced Sensor and Energy Materials,

https://doi.org/10.1016/j.asems.2022.100014.

作者介绍

郑昭科，教授，博士生导师，山东省杰出青年基金获得者，山东大学杰出中青年学者，山东大学齐鲁青年学者。2012年7月毕业于山东大学晶体材料国家重点实验室，随后在新加坡、日本、澳大利亚和德国从事博士后研究工作。先后获得日本学术振兴会（JSPS）和德国洪堡基金会科研基金资助。在光/电催化产氢、高效燃料电池、以及利用单颗粒光谱技术对光化学转换中物理化学过程的研究等新能源领域取得了丰硕的成果，已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.、Nano Lett.、Adv. Mater.等期刊发表论文110余篇，ESI高被引论文10篇，他引4100余次。授权发明专利25项，受邀撰写英文学术专著1章，并受邀在中国科学：化学撰写评述文章“等离子体增强催化和单颗粒光谱对其机制的研究”。国际会议邀请报告4次、国内会议邀请报告10余次；现担任Molecules特刊编辑、中国感光学会光催化专业委员会委员，2020年担任欧洲研究委员会（ERC）远程评审专家。研究成果受到美国科学院院士杨培东教授、Thomson Reuters全球最有影响的化学家和材料科学家夏幼南教授、ACS Catalysis副主编Suljo Linic教授等国际知名学者的高度评价和重点引用，并被Nature Materials、Nature Photonics等顶级期刊和Angewandte Highlights选为研究亮点重点报道。曾获山东省杰出青年基金项目（2021）、德国洪堡学者（2015）、日本JSPS特别研究员（2013）、教育部博士研究生学术新人奖（2010）、2016山东省科学技术二等奖（第四）和2016教育部优秀成果二等奖（第六）等称号奖励。