在阅读此文之前，辛苦您点击一下“关注”，既方便您进行讨论和分享，又能给您带来不一样的参与感，感谢您的支持！文丨5号编辑丨5号序贵金属等离子体纳微结构作为一种先进的光催化剂，具备收集太阳光并高效转化为能量的特性。
这种结构可以在整个可见光谱范围内有效地吸收光能，将转化为能量储存起来。
这是通过表面等离子体共振的激发实现的，当光能与纳米结构相互作用时，电磁场会被强烈增强。
这种纳米结构所储存的能量还可以诱导金属产生热载流子。
热载流子指的是带有热能的电子和空穴。
当这些热载流子和金属纳微结构中的声子模式相互作用时，会导致晶格温度升高。
这种现象促使金属表面发生热效应。
表面等离子体共振可以同时激发电磁场增强、热载流子和热效应。
这些因素可以促进等离子体纳微结构表面和附近物质的化学反应。
在光催化反应中，等离子体纳米结构能够吸收光能形成强烈的电磁场增强。
电磁场增强使得光催化反应的活性位点附近形成高局域电场，增强了反应的速率和效率。
热载流子的存在可进一步提高反应速率，通过和物质的相互作用促进化学反应的发生。
这些研究对于理解和应用表面等离子体共振在化学反应中的作用具有重要意义。
它们为开发高效的光催化剂、提高能源转化效率等方面的研究提供了理论基础和实验指导。
表面等离子体共振的基本原理金属纳米粒子的等离子体共振特性最初是出于审美需求被发现并被广泛应用于色彩领域。
这是因为金属纳米粒子具有特殊的光学性质，可以通过调整粒子的形状和大小来控制表现出的颜色。
在这个过程中，人们逐渐开发出了合成方法来制备具有特定颜色的金属纳米粒子。
在20世纪初期，人们才开始对纳米粒子的等离子体共振进行基础理论研究，在预测和理解胶体悬浮液的集体行为。
1908年，Gustav Mie基于麦克斯韦方程组提出了纳米粒子散射的通用理论。
这个理论描述了光和任意材料的小尺寸球形散射体相互作用的强度。
通过这个理论可以计算金属纳米粒子和光的相互作用，进一步理解和解释金属纳米粒子的等离子体共振现象。
金属纳米粒子的等离子体共振特性最初是因为色彩的美感被发现，随后被用于色彩领域时间的推移，人们逐渐开始对纳米粒子的等离子体共振进行基础理论研究，发展出了计算光与任意材料的小尺寸球形散射体相互作用强度的通用方式。
对于催化领域中应用等离子体共振现象的化学家们来说，建立数学模型是描述局域表面等离子体共振（LSPR）最有效的方法。
这种数学模型有助于更直观地理解该现象的物理学理论。
在数学模型中，可以用以下方程描述电子在等离子体纳米粒子中的定位：m2/2 + / + 02 = () （1）。
m表示电子的质量，τ表示电子与背景碰撞的弛豫时间或平均自由时间，ω0表示频率，Eext表示驱动电荷运动的外部磁场。
通过这个数学模型，可以定量描述电子在纳米粒子中的运动，深入理解局域表面等离子体共振现象的物理学原理。
在催化领域中，将表面等离子体共振应用于化学反应数学建模来描述局域表面等离子体共振（LSPR）。
这种建模方法为我们提供了对该现象背后的物理学原理更直观的理解。
在模型中，电子在离子体纳米粒子内的运动描述为以下方程式：m(d^2r/dt^2) + mτ(d) + mω0^2r = qEext(t) .m表示电子质量，τ表示电子背景碰撞时的弛豫时间平均自由时间，ωEext表示驱动电荷电场。
这个方一个框架来理解表面等离子体共振的本质。
在等离子体纳米粒子内部，导电电子表现为可移动的自由电德自由电子），这意味着它们可以在外部电场的驱动下穿过金属。
离子背景的碰撞们的运动将受到阻碍。
导电电子以一种集体的方式形成相干的电子云。
当纳米粒子在入射的振荡电磁场中时，电子云会在外部电场和电荷位移产生的库仑力的共同作用下发生振荡。
这系统的照射导致了纳米粒子的极化，形成了电荷集中在结构两端的效应。
这些电荷产生了一个退极化场，对电子云产生恢复力。
比为一个具有弹簧和附在其上的物体的宏观振荡器。
阻尼项表示通过吸收释放能量导致的损耗，导致了表面等离子体共振频带的展宽，类似于阻尼弹簧的频谱。
等离子体共振当共振发生时，等离子体纳米粒子附近的电子云集体振荡会引起近场电磁场的增强，这是因为极化场和反极化场处于相位一致的状态。
这种等离子体共振的基本特征使得电荷聚集区域（即粒子表面）附近的电场振幅增大。
这解释了为什么这种现象被称为"局域"和"表面"效应。
这种现象是等离子体纳米粒子中所有导电电子的集体振荡引起的。
电场的增强是等离子体共振的主要特性之一，这种增强具有高度局域化的特点，主要存在于等离子体纳米粒子表面几个纳米的范围内。
这一特性已经被应用于传感和光谱学领域，特别是表面增强拉曼光谱和表面增强荧光技术。
表面等离子体共振产生的重要效应主要源于等离子体纳米粒子中的阻尼现象。
非辐射阻尼是由能量从等离子体转移到周围介质或纳米粒子本身的过程引起其中包括移动电子与背景离子碰撞通过金属的带间跃迁激发电子-空穴对。
金属的能带结构和费米能级是非辐射阻尼中的关键参数，不同金属的表现在固有共振频率和不同电磁波谱的固有损耗上有所不虽然我们将等离子体材料中的非辐射损失描述为负面贡献，但实际上，这些损失实际上也可以用于科学和技术目的。
当电子的动能（或自由度）的能量转移到金属晶格时，这些能量耗散机制可以引起热效应。
这一现象已被广泛应用于针对光热癌症治疗的新技术研究中。
等离子体激发的带内跃迁特性可能产生高于费米能级总能量超过入射光子热载流子，在等离子体衰减后可以在内部释放，也可以用于化学反应。
表面等离子体共振现象强烈依赖于等离子体纳米粒子的大小和形状。
随着粒子尺寸的增大，极化率增大，打开了更多的辐射衰减通道，等离子体带宽进一步增加。
当纳米粒子经历更强的偶极模态时，等离子体激元可以自发地向远场重新辐射光子，相当于入射光线的散射。
小尺寸的球形等离子体纳米粒子可以被简化为振荡的偶极子，细长的纳米粒子（如棒状粒子）具有纵向和横向两种等离子体共振模式，在吸收中表现出两个特征共振带。
当结构变得更加复杂，尤其是在包含尖端和边缘的结构中，周围局部电磁场会变得非常强烈。
这些所谓的"热点"非常重要，因为它们会大大增强局部表面等离子体共振特性。
在接近的两个纳米粒子之间也会观察到热点。
结语等离子体杂化概念的发展使得可以设计和控制纳米粒子的结构，在共振发生时，等离子体纳米粒子周围的电子云会产生集体振荡，增强近场电磁场，这是因为极化场和退极化场的相位相同。
这种等离子体共振的特征导致电荷集中区域（粒子表面）附近的电场振幅增大。
这也解释了为什么这种现象被称为“局域”和“表面”效应。
要注意的是，这种现象是由等离子体纳米粒子中所有导电电子的集体振荡引起的。
电场增强是等离子体共振的主要特点之一，这种增强高度局域化，在等离子体纳米粒子表面的几个纳米范围内主要存在。
参考文献