2019-03-23 08:10:02
化学物质诱导偶极子阻尼等离子体

等离子体纳米粒子散射的光是有用的,但其中一些在表面丢失,科学家现在开始弄清楚原因。

在莱斯大学和美因茨约翰内斯古腾堡大学的新实验中,以及普林斯顿大学的理论工作,研究人员发现,放置在单个金纳米棒表面的分子通过改变粒子本身的电子结构来影响其等离子体响应。

该发现可以增强涉及等离子体激发驱动的化学催化的应用。

等离子体是电子的涟漪,当被光触发时,它们在金属纳米粒子的表面上共振。它们以一种波长或颜色接收的光以相同的波长辐射,这可以告知研究人员粒子及其环境。

表面等离子体有助于感知化学物质的存在,实现光化学和选择性催化化学反应。但是,粒子表面和研究者眼睛之间的光线丢失可能包含以前未考虑过的其他信息。

人们一直认为,通过等离子体阻尼导致的信号损失是由于吸附在纳米粒子表面的化学物质,可能是通过从金属到化学物质的电荷转移。但莱斯的化学和电子与计算机工程教授斯蒂芬林克怀疑只有一种解释适合所有的研究。

他们本周在“科学进步”杂志上报道,他们领导Link,主要作者BenjaminFörster及其同事发现了一种完全不同的机制。

他们的策略是将两种具有不同原子排列的相同大小的分子放在单个金纳米棒上进行分析。这些分子,笼状碳硼烷硫醇,诱导金属中的表面偶极子,反过来分散了等离子体的能量,以抑制其信号。

这让研究人员可以直接观察和测量阻尼,而不会受到其他分子或其他纳米棒的干扰。除了放置一个碳原子之外,硫醇的相邻性与纳米棒相同,引起了独特的偶极矩 - 分子的正极和负极改变了强度并像指南针一样在金属表面上移动。

理查德计算科学家,普林斯顿大学工程与应用科学学院院长艾米莉卡特进行了详细的量子力学计算,以测试可以解释实验的机制。

“等离子体共振的光谱宽度与共振波长一起给出了特定的颜色,”林克说。 “一条细线给你一个更真实的颜色。所以当我们把分子放在粒子上时,我们看看这种共振的宽度是如何变化的。”

不只是任何分子都会这样做。碳硼烷硫醇,完全相同大小的分子,以相同的尺寸粘附在金纳米粒子上,但化学性质不同,足以改变等离子体的光谱宽度。这让研究人员可以通过各种类型的分子测量等离子体阻尼,而不受其他阻尼机制的干扰。

Förster说,流过表面的等离子体很大程度上取决于颗粒的大小和形状,很少关注吸附在表面的化学物质的影响。

“如果改变纳米棒的表面,能量就会以不同的方式消失,”他说。 “我们完全不理解这一点。但如果某些东西失去了能量,那么它就无法正常运作。”

周围介质的折射特性和来自各种尺寸和形状的多个粒子的信号的平均也可以影响信号。这也使分析吸附化学品的影响变得困难。

“有几个贡献决定了等离子共振的宽度,”林克说。 “但是每个人都会提到一个没有人真正以定量方式解决问题的软糖因素。很多人都指责电荷转移,这意味着激发的热电子从金属转移到分子。

“我们说的不是这里的情况,”他说。 “每次将分子放在金属颗粒上时可能都不一样,但这首次给我们一个完整的定量研究,也不会对界面上的化学成分视而不见。我们明白化学很重要。

“这项工作很基础,我觉得它很漂亮,因为它很简单,”林克说。 “我们将正确的样品,实验和单粒子光谱学与先进的理论结合起来,我们把它们放在一起。”

猜您喜欢的其它内容