Quantifying the ultrafast and steady-state molecular reduction potential of a plasmonic photocatalyst

等离子体子 电子转移 光催化 材料科学 产量(工程) 分子 光化学 化学物理 光电子学 化学 有机化学 催化作用 冶金
作者
Christopher L. Warkentin,Renee R. Frontiera
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (44) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2305932120
摘要

Plasmonic materials are promising photocatalysts as they are well suited to convert light into hot carriers and heat. Hot electron transfer is suggested as the driving force in many plasmon-driven reactions. However, to date, there are no direct molecular measures of the rate and yield of plasmon-to-molecule electron transfer or energy of these electrons on the timescale of plasmon decay. Here, we use ultrafast and spectroelectrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy to quantify electron transfer from a plasmonic substrate to adsorbed methyl viologen molecules. We observe a reduction yield of 2.4 to 3.5% on the picosecond timescale, with plasmon-induced potentials ranging from 3.1 to 4.5 mV. Excitingly, some of these reduced species are stabilized and persist for tens of minutes. This work provides concrete metrics toward optimizing material–molecule interactions for efficient plasmon-driven photocatalysis.

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