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关键词：电磁热点 (electromagnetic hotspots)；聚光效应(light-concentrating effect)；纳米架构 (nanoarchitecture)；光催化剂 (photocatalyst)；等离激元介导催化 (plasmon-mediated
catalysis)研究背景
传统的等离激元材料由于热点的弱电磁场增强和共催化剂的利用不足，导致催化性能较低。当前等离激元介导的催化方法通过将等离激元材料与异质共催化剂（如金属或半导体）结合来解决这些限制，通过形成功能异质结来促进光生载流子的界面分离和抑制快速电荷复合。现有的设计主要依赖于多晶和各向同性的等离激元纳米颗粒，导致催化活性差；共催化剂通常稀疏且随机/完全沉积在等离激元纳米颗粒上，甚至在等离激元冷区域，导致共催化剂利用效率低下。
研究内容
在本项工作中，作者通过引入一种独特的催化剂-热点纳米架构，将共光催化剂精确定位在各向异性等离激元纳米颗粒的电磁热点上，以聚光能量直接在反应点。研究使用环境修复作为概念验证应用，展示了催化剂-热点设计（edge-AgOcta@Cu2O）在光催化高级氧化过程中提高了有机污染物的降解效率。
图文导读
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图1. A)用于高效光化学转化的催化剂热点等离激元纳米结构示意图。合成B) AgOcta，C) edge-AgOcta@Cu2O， D) full-AgOcta@Cu2O的SEM图像。(i)颗粒设计示意图。（ii）高倍和（iii）低倍SEM图像。E) AgOcta和edge-AgOcta@Cu2O的高分辨率Ag 3d XPS光谱。F)显示杂化系综形成时Ag到Cu2O电子转移的能带图。图2. A) AgOcta、edge-AgOcta@Cu2O和full-AgOcta@Cu2O的漫反射光谱。B)由edge-AgOcta@Cu2O、full-AgOcta@Cu2O和Cu2O纳米颗粒的K-M函数得出的Tac图。C) (i) AgOcta、（ii）edge-AgOcta@Cu2O和（iii）full-AgOcta@Cu2O的SERS表征。左图：单个纳米颗粒的SEM和SERS叠加图。右图：Cu2O纳米颗粒在AgOcta等离激元冷热区沉积的示意图。D)银面占位与三种粒子设计中1082 cm−1波段SERS强度变化的相关性。E)显示光电流实验装置的方案。F)连续五个周期光照射后edge-AgOcta@Cu2O、fullAgOcta@Cu2O和AgOcta的光电流密度。图3. A)等离激元介导的4-硝基苯酚（4-NP）降解实验装置。不同光催化平台的B)归一化4-NP浓度（C/C0）和C) -ln（C/C0）随时间变化图。对照空白实验（即不含任何光催化剂）进行比较。D)对应的催化效率和相对表观速率常数（kapp）分别由(B)和(C)导出。质量归一化速率常数（km），通过独特的热点催化剂设计，突出E) Cu2O和F) Ag在光催化中的有效利用。图4. A) edge-AgOcta@Cu2O在不同反应条件下光催化4-NP降解的表观速率常数。B)不同清除剂存在下edge-AgOcta@Cu2O的光催化降解效率。C)提出了通过edge-AgOcta@Cu2O实现高效光催化降解过程的机制。D) edge-AgOcta@Cu2O和AgOcta在450或650 nm单色光照射下的催化效率。E) edge-AgOcta@Cu2O在连续六个光催化循环中的相对催化效率。结论与展望
通过在等离激元纳米颗粒的强电磁热点上战略性地定位共光催化剂，实现了高效的等离激元介导的光催化。edge-AgOcta@Cu2O在90分钟内实现了约81%的有机污染水净化效率，比完全沉积设计（full-AgOcta@Cu2O）更高。质量标准化速率常数显示，edge-AgOcta@Cu2O比full-AgOcta@Cu2O和单独催化剂更有效地利用Cu2O和Ag纳米颗粒，分别提高了20倍和3倍。此外，该设计还表现出比其他混合光催化平台高出4倍以上的催化性能。机制研究表明，光集中效应对于促进高能光生载流子的产生和利用至关重要，AgOcta-Cu2O异质结在促进光生载流子分离和利用中发挥了关键作用。这种前所未有的催化剂-热点纳米架构为设计下一代光催化体系提供了宝贵的见解，即使在极少的共催化剂负载下也能实现有效的等离激元介导催化。
参考文献：Carice Chong, Siew Kheng Boong, Tharishinny
Raja Mogan, Catalyst-On-Hotspot Nanoarchitecture: Plasmonic Focusing of Light
onto Co-Photocatalyst for Efficient Light-To-Chemical Transformation. Small 20,
2309983 (2024).文献链接：https://doi.org/10.1002/smll.202309983声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
