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The importance of plasmonic heating for the plasmondriven photodimerization of 4-nitrothiophenol

  • Metal nanoparticles form potent nanoreactors, driven by the optical generation of energetic electrons and nanoscale heat. The relative influence of these two factors on nanoscale chemistry is strongly debated. This article discusses the temperature dependence of the dimerization of 4-nitrothiophenol (4-NTP) into 4,4′-dimercaptoazobenzene (DMAB) adsorbed on gold nanoflowers by Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Raman thermometry shows a significant optical heating of the particles. The ratio of the Stokes and the anti-Stokes Raman signal moreover demonstrates that the molecular temperature during the reaction rises beyond the average crystal lattice temperature of the plasmonic particles. The product bands have an even higher temperature than reactant bands, which suggests that the reaction proceeds preferentially at thermal hot spots. In addition, kinetic measurements of the reaction during external heating of the reaction environment yield a considerable rise of the reactionMetal nanoparticles form potent nanoreactors, driven by the optical generation of energetic electrons and nanoscale heat. The relative influence of these two factors on nanoscale chemistry is strongly debated. This article discusses the temperature dependence of the dimerization of 4-nitrothiophenol (4-NTP) into 4,4′-dimercaptoazobenzene (DMAB) adsorbed on gold nanoflowers by Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Raman thermometry shows a significant optical heating of the particles. The ratio of the Stokes and the anti-Stokes Raman signal moreover demonstrates that the molecular temperature during the reaction rises beyond the average crystal lattice temperature of the plasmonic particles. The product bands have an even higher temperature than reactant bands, which suggests that the reaction proceeds preferentially at thermal hot spots. In addition, kinetic measurements of the reaction during external heating of the reaction environment yield a considerable rise of the reaction rate with temperature. Despite this significant heating effects, a comparison of SERS spectra recorded after heating the sample by an external heater to spectra recorded after prolonged illumination shows that the reaction is strictly photo-driven. While in both cases the temperature increase is comparable, the dimerization occurs only in the presence of light. Intensity dependent measurements at fixed temperatures confirm this finding.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:R. M. Sarhan, W. Koopman, R. Schuetz, Thomas SchmidORCiD, F. Liebig, J. Koetz, M. Bargheer
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Scientific Reports
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.4 Prozessanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Nature Publishing Group
Jahrgang/Band:9
Ausgabe/Heft:1
Erste Seite:3060, 1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Nanoparticles; Plasmonic heating; Raman spectroscopy
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
DOI:10.1038/s41598-019-38627-2
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-475140
ISSN:2045-2322
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:11.03.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:11.03.2019
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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