热空穴是银表面氧分子等离子诱导反应的关键
RIKEN 的化学家发现了为什么将光照射在银纳米粒子上会导致附着在其表面上的氧分子断裂。这一见解将帮助研究人员设计利用光能的新催化剂。当金属纳米粒子被光照射时，附着在它们上的分子反应比平时更快，或者参与它们通常不会发生的反应。这种光驱动反应是将阳光转化为化学能的一种很有前途的方法，但由于没有人确切地确定它们是如何发生的，因此它们的应用受到了阻碍。
已知的是，在金属纳米粒子上照射光会激发金属中的传导电子，使它们彼此同步跳舞。这些被称为局部表面等离子体的增强了纳米颗粒附近的电场。几飞秒后(一飞秒 = 10 -15秒)，在纳米粒子中形成高能(“热”)电子和空穴(缺失的电子)。最后，等离子体衰变，释放热量。
因为这一系列事件的发生得非常快上的微小的规模，这是非常难以确定哪个方面-增强电场的的表面等离子体振子，热电子和空穴，或热起着在特定光的最大作用诱发反应。
现在，RIKEN 表面和界面科学实验室的 Emiko Kazuma 和她的同事表明，在氧分子吸附在银表面的情况下，关键因素是热电子和空穴，空穴的贡献远大于电子。与此相关，他们发现吸附分子的电子结构是决定反应机理的最重要因素之一。
为了获得这些发现，该团队使用扫描隧道显微镜 (STM) 对银表面上的单个氧分子进行成像，并通过在光照射下激发银表面和金 STM 尖端之间的间隙处的表面等离子体来诱导反应。对单个分子进行成像的能力对其成功至关重要。“几乎所有在等离子体反应领域工作的团队都在使用宏观技术，例如气相色谱和红外光谱，这些技术可以测量平均参数，”Kazuma 说。“但由于等离子激元强烈地定位在金属表面附近，我们希望将那个小区域的反应可视化以揭示其机制。”
该团队打算利用他们的发现来操纵反应途径。“到目前为止，我们的研究重点是揭示反应机制，但在下一步中，我们将尝试控制反应，调整吸附分子的电子结构，”Kazuma 说。
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