Angew. Chem. :高灵敏等离激元共振增强红外光谱电化学技术

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红外光谱电化学是将红外光谱与电化学技术相结合的原位分析手段,可在电化学反应过程中同时进行红外信号分析,以揭示电极/溶液界面反应物种的实时动态信息,对深入研究反应过程和机理具有重要意义。目前,红外光谱电化学技术已广泛应用于生物、环境、能源转化与存储等领域。然而,受限于现有红外光谱电化学平台的灵敏度,痕量界面分子的检测仍然极具挑战,亟需发展高灵敏的红外光谱电化学分析新方法新技术以满足测量需求。


近日,南京大学夏兴华教授、李剑副研究员团队基于等离激元共振天线,发展了一种等离激元共振增强红外光谱电化学(EC-PEIRS)新技术,实现了高达1942的真实信号增强因子



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EC-PEIRS以单层石墨烯作为导电基底,支撑具有高红外信号增强能力的等离激元天线阵列。石墨烯的红外透明特性可在实现孤立天线间电连接的同时,保证光路的完整性;天线阵列通过微米球印刷术制备,并通过调节掩膜尺寸来调节天线共振与分子红外吸收匹配,从而获得最佳信号增强性能。相较于传统的红外光谱电化学技术,EC-PEIRS具有以下优势:(1)天线的等离激元共振位于中红外区,可在“热点”区域实现极高的红外增强效果,进而提高红外检测灵敏度;(2)天线可根据具体应用需求,通过不同的材料制备成不同尺寸和形状,具有良好的可控性、重复性和普适性;(3)无需使用大体积光学棱镜,从而可以突破截止波长限制,将检测波段拓展至低波数区域,更有利于反应中间体的检测与识别。

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随后,作者利用该平台研究了Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-氧化还原反应和CO2电催化还原反应(CO2RR)。得益于平台的高检测灵敏度,成功基于光谱信号重现了循环伏安曲线,并通过中间体的动态信息揭示了CO2RR反应机理。

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综上所述,夏兴华、李剑团队发展了一种高灵敏等离激元共振增强红外光谱电化学新技术,实现了对不同电化学体系中界面痕量物种的监测与分析,该方法为促进电化学界面的深入研究提供了有效手段。

文信息

Ultrasensitive Plasmon-Enhanced Infrared Spectroelectrochemistry

Dr. Jin Li, Dan Wu, Dr. Jian Li, Dr. Yue Zhou, Dr. Zhendong Yan, Jing Liang, Qing-Ying Zhang, Prof. Dr. Xing-Hua Xia


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202319246



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