分子與金屬納米粒子間能量傳遞研究重要進(jìn)展

王朝暉(廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361005)

分子與金屬納米粒子間能量傳遞研究重要進(jìn)展

王朝暉
(廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361005)

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北京大學(xué)鄭俊榮教授與廈門大學(xué)鄭南峰教授

等合作，利用時(shí)間分辨多維振動(dòng)光譜技術(shù)，深入系統(tǒng)地研究了金屬納米粒子表面吸附分子體系的能量轉(zhuǎn)移超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程。他們的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)吸附在金屬納米粒子(Pt和Pb)表面的一氧化碳分子被激發(fā)到振動(dòng)激發(fā)態(tài)后，CO分子會(huì)很快弛豫回基態(tài)，同時(shí)通過(guò)電子-空穴對(duì)的激發(fā)把能量傳遞給納米粒子。當(dāng)納米粒子的直徑從2 nm縮小到1 nm時(shí)，這一過(guò)程的速率變慢了20倍！而且CO分子吸附位點(diǎn)也對(duì)這一過(guò)程的時(shí)間常數(shù)有明顯影響。這一結(jié)果對(duì)理解異相催化過(guò)程中金屬納米結(jié)構(gòu)表面分子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)具有非常關(guān)鍵的意義。他們的成果最近發(fā)表在Nature Communications1上，題目為：Two Distinctive Energy Migration Pathways of Monolayer Molecules on Metal Nanoparticle Surfaces。

鄭俊榮教授長(zhǎng)期從事時(shí)間分辨二維紅外光譜(2D-IR)的研究，為這一領(lǐng)域的發(fā)展做出了非常突出的貢獻(xiàn)2－10。2D-IR光譜是在傳統(tǒng)的紅外光譜方法上發(fā)展出來(lái)的超快光譜技術(shù)，不但能實(shí)時(shí)跟蹤分子振動(dòng)激發(fā)態(tài)的弛豫過(guò)程和解析分子三維結(jié)構(gòu)3，還可以非常直觀地獲得分子間相互作用的通道、強(qiáng)弱、時(shí)間常數(shù)等重要的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息。鄭俊榮教授基于振動(dòng)模式選擇的分子間傳能模型，建立了具有0.1 nm空間分辨能力的分子尺技術(shù)(angstrom molecular ruler)4，并用這一技術(shù)系統(tǒng)研究了溶液體系離子間相互作用4、振動(dòng)能量傳遞6,11,12、離子團(tuán)聚2等超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，提出了定量計(jì)算分子間能量傳遞速率的理論模型和數(shù)學(xué)方程4。

鄭俊榮教授的研究在分子水平、納米尺度揭示了分子間振動(dòng)能量傳遞的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)，有助于我們理解由分子間相互作用引起的分子間能量交換、納米尺度的熱傳導(dǎo)、團(tuán)簇形成機(jī)理等物理化學(xué)過(guò)程，不但對(duì)異相催化過(guò)程機(jī)理研究有重要意義，而且為納米材料的功能化、分子器件的設(shè)計(jì)等重要前沿領(lǐng)域的研究提供了非常有益的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。

References

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10.3866/PKU.WHXB201603011