光催化反應(yīng)通過(guò)利用光能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)綠色能源轉(zhuǎn)化與污染治理的關(guān)鍵途徑。在典型的光催化過(guò)程中，遷移到催化劑表面的載流子與表面吸附分子之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移 (CT) ，從而促進(jìn)催化反應(yīng)的發(fā)生。通過(guò)優(yōu)化半導(dǎo)體與表面吸附分子之間的CT對(duì)于提升催化活性和光能利用效率至關(guān)重要，因此在分子層面解析CT過(guò)程，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)于催化劑催化活性的有效預(yù)測(cè)。
基于CT增強(qiáng)機(jī)制的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）光譜表明CT 過(guò)程會(huì)引起表面吸附分子電子云密度分布的變化，導(dǎo)致分子拉曼散射截面發(fā)生變化，選擇性增強(qiáng)不同的拉曼振動(dòng)模式。根據(jù) Herzberg-Teller 耦合項(xiàng) (hCK)可以利用SERS光譜直觀、準(zhǔn)確地評(píng)估電荷轉(zhuǎn)移度(ρCT)。
近日，吉林大學(xué)的宋薇教授通過(guò)MOF衍生技術(shù)制備了摻雜有不同銅離子含量的氧化鋅納米顆粒（ZnO@CuOx-y），顯示出優(yōu)異的 SERS 性能和光催化活性，為SERS在界面CT過(guò)程研究中的應(yīng)用提供了合適的平臺(tái)。 這項(xiàng)工作首次在純半導(dǎo)體上通過(guò)原位SERS光譜直接監(jiān)測(cè)到4-溴苯硫酚（BTP）的脫溴偶聯(lián)和加氫反應(yīng)。基于原位SERS光譜發(fā)現(xiàn)不同含量銅離子摻雜的半導(dǎo)體上吸附BTP分子的光催化反應(yīng)速率與ρCT呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，揭示了ρCT與催化活性之間的聯(lián)系。多種光電實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算共同表明不同含量銅離子摻雜可以通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體與表面吸附分子之間的ρCT進(jìn)而調(diào)控SERS效應(yīng)和催化活性。因此，作者提出可以利用基于CT的SERS光譜實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體光催化活性的定量評(píng)估和有效預(yù)測(cè)，為研究光催化體系中界面CT提供了一種可供選擇的、直觀的分子光譜方法。此外，這一發(fā)現(xiàn)也在其他一系列半導(dǎo)體材料和催化反應(yīng)體系中得到驗(yàn)證，證實(shí)了ρCT在預(yù)測(cè)和評(píng)估SERS和催化活性方面的廣泛適用性。 論文信息 Putting Charge Transfer Degree as a Bridge Connecting Surface-Enhanced Raman Spectroscopy and Photocatalysis Dr. Junjie Chen, Mengyuan Li, Xinmeng Wang, Hongye Liu, Wenji Jiang, Prof. Bing Zhao, Prof. Wei Song Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424986
