금속 나노와이어의 전자기장 재분배 유도 선택적 플라즈몬 구동 표면 촉매 작용

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 17223(2015) 이 기사 인용

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금속 표면의 분자로부터 라만 스펙트럼을 새롭게 해석하기 위한 플라즈몬 구동 표면 촉매 반응(PDSC) 반응은 표면 강화 라만 산란(SERS) 연구 분야에서 흥미로운 주제가 되었습니다. 이 연구에서는 파라-아미노티오페놀(PATP) 또는 4-니트로벤젠티올(4NBT)로부터 생성된 p,p'-디머캅토아조벤젠(DMAB)의 선택적 PDSC 반응이 Ag 나노와이어 이합체-Au 필름 시스템에서 입증되었습니다. 동일한 나노와이어 필름 시스템의 개별 부분과 인접한 부분에서 수집된 다양한 SERS 스펙트럼은 이 선택적 표면 촉매 작용에서 필름의 이미지 전하에 의해 유도된 전자기장 재분포의 중요성을 지적했으며 이는 시뮬레이션된 전자기 시뮬레이션 전자기에 의해 확인되었습니다. 현장 배포. 우리의 결과는 이러한 전자기장 재분배에 의한 선택적 표면 촉매 작용이 입사광의 편광과 파장에 의해 크게 영향을 받았지만 두 나노와이어 사이의 직경 차이에 의해 약간 영향을 받았다는 것을 나타냅니다. 우리의 연구는 금속 나노 구조의 PDSC 반응에 대한 더 깊은 이해를 제공하고 표면 촉매 작용 및 표면 분석에 대한 연구에 대한 깊은 지원이 될 수 있습니다.

하위 파장에서 빛을 조작하는 매력적인 특성으로 인해 플라즈몬은 금세기 초부터 급속한 확장을 경험했으며 신흥 학제로서 물리학뿐만 아니라 화학, 생물학, 재료학 등의 과학 연구자들로부터 엄청난 관심을 끌고 있습니다. 2,3. 빛을 경계짓는 이러한 환상적인 능력은 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이라고 불리는 빛에 의해 자극된 금속 표면 근처의 자유 전자의 집단적 진동에서 비롯됩니다. 금속 나노구조에서 SPP가 생성되면 금속 표면 근처에서 전자기장이 불균일하게 분포됩니다. LSPR(국부적 표면 플라즈몬 공명)이라고 불리는 자유 전자의 공명 진동이 발생하면 이 불균일은 최대에 도달하고 금속 표면 근처 일부 영역의 전자기장이 극도로 강화됩니다. 이렇게 크게 강화된 전자기장은 표면 강화 라만 산란(SERS)4,5,6, 플라즈몬 구동 표면 촉매(PDSC)7,8,9,10, 고온과 같은 표면의 다양한 광학 프로세스의 효율성을 획기적으로 향상시킵니다. 전자 생성11,12, 2차 고조파 효과13,14, 플라즈몬 트래핑15,16, 플라즈몬 강화 광학 활성9,17,18, 플라즈몬 센서19,20,21 등

이러한 플라즈몬 강화 광학 현상 중에서 PDSC에 대한 연구는 중요한 이론적 중요성과 응용 전망을 가지고 있습니다. 지난 20년 동안 1143, 1390 및 1432cm-1에서 금속 표면에 흡착된 PATP의 세 가지 추가 라만 피크는 일반적으로 SERS의 화학적 강화의 결과로 생각되었습니다. 그러나 2009년 연구자들은 이론적으로 이 세 가지 라만은 새로운 분자 DMAB에서 유래했지만 PATP가 아닌 PDSC22라는 금속 표면에서 광촉매 진행이 있었다고 예측했으며, 이는 곧 같은 해 Ag 필름과 Ag 나노구의 표면에서 입증되었습니다8,23 . 다음 5년 동안 이 분야의 연구에서는 나노와이어24, 나노구25, 나노입자-필름26과 같은 다양한 금속(Au, Ag, Cu) 나노구조가 조사되었으며 4NBT에 의해 생성된 DMAB의 또 다른 PDSC 반응도 보고되었습니다. PDSC 반응에서 분자와 금속 표면의 특징을 탐구하는 것은 이 과학 분야의 핵심 임무이며, 이는 SERS 신호를 원래 표적 또는 새로운 촉매 분자와 구별하는 데 매우 중요합니다.

이 표면 촉매 작용 과정은 화학 결합을 끊기 위해 높은 에너지를 가진 SPP(PATP의 NH 및 4NBT의 NO)가 필요하기 때문에 분자 근처의 SPP 상태는 PDSC 반응에 매우 중요합니다. 알려진 바와 같이, 금속 표면의 구조 인자는 SPP의 특성을 지배합니다. 따라서 다양한 금속 나노구조에서 PDSC 공정을 검증하는 것이 이 분야에서 중요한 문제이다. 간단한 구성과 편리한 제조로 인해 금속 나노입자 필름 시스템은 화학적 및 생물학적 감지에서 널리 사용되는 SERS 기판입니다. 최근 2년 동안 시스템에서 나노입자의 표면 전하와 필름의 이미지 전하의 결합으로 인한 전자기장 재분배는 제한된 빛 에너지가 입사광의 파장을 조작하여 서로 다른 하위 파장 영역에서 변조될 수 있다고 보고되었습니다. 30,31. 따라서 PDSC 반응에 대한 전자기장 재분배의 영향을 연구하는 것은 관련 분야의 흥미로운 개척 연구입니다.