近日，大連化物所所催化基礎國家重點實驗室李燦院士、范峰滔研究員團隊在表面等離激元光催化界面電荷分離研究方面取得新進展，揭示了催化位點的電荷濃度與偏振角度的定量關(guān)系。

　　金屬納米顆粒表面等離激元具有獨特的光學性質(zhì)，比如特定波段光吸收、光場局域效應等，在分析科學、納米材料、光電子學特別是太陽燃料合成領域受到人們的廣泛關(guān)注。然而，等離激元載流子的壽命一般較短，很難與較慢的化學反應時間尺度相匹配。如何在界面上有效地分離等離激元電荷并轉(zhuǎn)移到反應位點成為這一領域的關(guān)鍵科學問題。

　　該團隊在近期的工作中利用自主研發(fā)的空間分辨的表面光電壓顯微鏡直接給出了可視化圖像：發(fā)現(xiàn)了表面等離激元空穴局域在Au/TiO2界面（J. Am. Chem. Soc., 2017）上。近日，該團隊在金納米顆粒二聚體中，又發(fā)現(xiàn)了耦合效應介導的等離激元電荷在納腔的聚集現(xiàn)象，顯著促進多質(zhì)子參與的水氧化反應活性（Natl. Sci. Rev., 2020）。在本工作中，研究團隊基于空間分辨的表面光電壓顯微鏡，進一步發(fā)現(xiàn)了表面等離激元光催化劑電荷分離的偏振效應。通過改變?nèi)肷涔馄窠嵌?，該團隊系統(tǒng)地研究了催化位點局域的電荷濃度，得到最優(yōu)的電荷分離偏振角度：當入射光的偏振角度垂直于光催化劑Au顆粒/TiO2界面時，表面光電壓信號最大，電荷界面注入效率最高；結(jié)合角度分辨的散射光譜和理論模擬，初步探討了電荷濃度偏振依賴性的內(nèi)在原因；最后，利用水氧化催化反應作為探針反應確認了偏振效應對催化活性的影響。該工作為等離激元光催化劑界面電荷分離的調(diào)控提供了全新的方法，也為等離激元性質(zhì)的理解和開發(fā)提供了思考和認識。

　　李燦團隊長期致力于太陽能光催化、光電催化、電催化以及催化光譜表征的前沿科學研究，取得了系列成果，特別在光生電荷分離等關(guān)鍵科學問題上發(fā)現(xiàn)：異相結(jié)電荷分離機制（Angew. Chem. Int. Ed., 2008；Angew. Chem. Int. Ed., 2012）；晶面間光生電荷分離效應（Nature Commun., 2013）；高對稱性半導體單晶的光生電荷分離策略（Energy Environ. Sci., 2016）；并自主研制了光生電荷成像表征新技術(shù)，在國際上最早將其應用到微納尺度光催化材料電荷分離的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2015；Nature Energy, 2018）。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為熱點文章（hot paper）。該工作得到國家自然科學基金委、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項B類“能源化學轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”，以及中科院重大研究項目等資助。（文/圖 高玉英、范峰滔）