JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Química

Yüzeyle Geliştirilmiş Raman Saçılma Spektroskopisi ve Mikroskobu ile Tek Nanopartiküller Üzerinde Elektrokimyanın İzlenmesi

Published: May 12, 2023
doi:
10.3791/65486
, ,
1Department of Chemistry,University of Louisville

Summary

Protokol, yüzeyi geliştirilmiş Raman saçılma spektroskopisi ve görüntüleme kullanarak tek nanopartiküller üzerindeki elektrokimyasal olayların nasıl izleneceğini açıklar.

Abstract

Tek nanopartiküller üzerindeki elektrokimyasal reaksiyonları incelemek, bireysel nanopartiküllerin heterojen performansını anlamak için önemlidir. Bu nano ölçekli heterojenlik, nanopartiküllerin topluluk ortalamalı karakterizasyonu sırasında gizli kalır. Tek nanopartiküllerden gelen akımları ölçmek için elektrokimyasal teknikler geliştirilmiştir, ancak elektrot yüzeyinde reaksiyona giren moleküllerin yapısı ve kimliği hakkında bilgi sağlamaz. Yüzeyle geliştirilmiş Raman saçılması (SERS) mikroskobu ve spektroskopisi gibi optik teknikler, bireysel nanopartiküller üzerindeki elektrokimyasal olayları tespit ederken, aynı zamanda elektrot yüzey türlerinin titreşim modları hakkında bilgi sağlayabilir. Bu yazıda, SERS mikroskobu ve spektroskopisi kullanılarak tek Ag nanopartikülleri üzerinde Nil Mavisi’nin (NB) elektrokimyasal oksidasyon-indirgenmesini izlemek için bir protokol gösterilmiştir. İlk olarak, Ag nanopartiküllerini pürüzsüz ve yarı şeffaf bir Ag filmi üzerinde üretmek için ayrıntılı bir protokol açıklanmaktadır. Tek bir Ag nanopartikülü ve Ag filmi arasında optik eksen boyunca hizalanmış bir dipolar plazmon modu oluşturulur. Nanopartikül ve film arasında sabitlenmiş NB’den gelen SERS emisyonu, plazmon moduna bağlanır ve yüksek açılı emisyon, çörek şeklinde bir emisyon paterni oluşturmak için bir mikroskop hedefi ile toplanır. Bu çörek şeklindeki SERS emisyon modelleri, SERS spektrumlarının toplanabileceği substrat üzerindeki tek nanopartiküllerin açık bir şekilde tanımlanmasına izin verir. Bu çalışmada, SERS substratının ters çevrilmiş optik mikroskopla uyumlu bir elektrokimyasal hücrede çalışma elektrodu olarak kullanılması için bir yöntem sağlanmıştır. Son olarak, bireysel bir Ag nanopartikülü üzerindeki NB moleküllerinin elektrokimyasal oksidasyon-indirgenmesinin izlenmesi gösterilmiştir. Burada açıklanan kurulum ve protokol, bireysel nanopartiküller üzerindeki çeşitli elektrokimyasal reaksiyonları incelemek için değiştirilebilir.

Introduction

Elektrokimya, biyoloji, kimya, fizik ve mühendislik 1,2,3,4,5,6,7 dahil olmak üzere çeşitli disiplinlerdeki uygulamalarla yük transferi, yük depolama, toplu taşıma vb. Çalışmaları için önemli bir ölçüm bilimidir . Geleneksel olarak, elektrokimya bir topluluk üzerindeki ölçümleri içerir – moleküller, kristalin alanlar, nanopartiküller ve yüzey bölgeleri gibi tek varlıkların geniş bir koleksiyonu. Bununla birlikte, bu tür tek varlıkların topluluk ortalamalı tepkilere nasıl katkıda bulunduğunu anlamak, karmaşık elektrokimyasal ortamlarda elektrot yüzeylerinin heterojenliği nedeniyle kimya ve ilgili alanlarda yeni temel ve mekanik anlayışlar ortaya çıkarmak için anahtardır 8,9. Örneğin, topluluk indirgemesi, sahaya özgü indirgeme/oksidasyon potansiyelleri 10, ara ürünlerin oluşumu ve minör kataliz ürünleri11, sahaya özgü reaksiyon kinetiği 12,13 ve yük taşıyıcı dinamikleri 14,15’i ortaya koymuştur. Topluluk ortalamasını azaltmak, model sistemlerin ötesinde, biyolojik hücreler, elektrokataliz ve piller gibi yaygın heterojenliğin sıklıkla 16,17,18,19,20,21,22 bulunduğu uygulamalı sistemlere olan anlayışımızı geliştirmede özellikle önemlidir.

Son on yılda, tek varlıklı elektrokimya 1,2,9,10,11,12’yi incelemek için teknikler ortaya çıkmıştır. Bu elektrokimyasal ölçümler, çeşitli sistemlerdeki küçük elektrik ve iyonik akımları ölçme yetenekleri sağlamış ve yeni temel kimyasal ve fiziksel özellikleri ortaya çıkarmıştır 23,24,25,26,27,28. Bununla birlikte, elektrokimyasal ölçümler, elektrot yüzeyindeki moleküllerin veya ara ürünlerin kimliği veya yapısı hakkında bilgi vermez 29,30,31,32. Elektrot-elektrolit arayüzündeki kimyasal bilgi, elektrokimyasal reaksiyonları anlamak için merkezi öneme sahiptir. Arayüzey kimyasal bilgisi tipik olarak elektrokimyanın spektroskopi31,32 ile birleştirilmesiyle elde edilir. Raman saçılması gibi titreşimsel spektroskopi, ağırlıklı olarak sulu çözücüleri kullanan ancak bunlarla sınırlı olmayan elektrokimyasal sistemlerdeki yük transferi ve ilgili olaylar hakkında tamamlayıcı kimyasal bilgiler sağlamak için çok uygundur30. Mikroskopi ile birleştiğinde, Raman saçılma spektroskopisi, ışığınkırınım sınırı 33,34’e kadar uzamsal çözünürlük sağlar. Bununla birlikte, kırınım bir sınırlama sunar, çünkü nanopartiküller ve aktif yüzey bölgeleri, optik kırınım sınırlarından daha küçüktür, bu nedenle, bireysel varlıkların incelenmesini engeller35.

Yüzeyle geliştirilmiş Raman saçılmasının (SERS), elektrokimyasal reaksiyonlarda ara yüzey kimyasını incelemede güçlü bir araç olduğu gösterilmiştir 20,30,36,37,38. Reaktant moleküllerinin, çözücü moleküllerinin, katkı maddelerinin ve elektrotların yüzey kimyalarının titreşim modlarını sağlamanın yanı sıra, SERS lokalize yüzey plazmon rezonansları olarak bilinen kolektif yüzey elektron salınımlarını destekleyen malzemelerin yüzeyine lokalize olan bir sinyal sağlar. Plazmon rezonanslarının uyarılması, metalin yüzeyinde elektromanyetik radyasyonun konsantrasyonuna yol açar, böylece hem ışığın akışını hem de yüzey adsorbatlarından Raman saçılımını arttırır. Ag ve Au gibi nanoyapılı asil metaller yaygın olarak kullanılan plazmonik malzemelerdir, çünkü son derece hassas ve verimli yük bağlantılı cihazlarla emisyonu tespit etmek için arzu edilen görünür ışık plazmon rezonanslarını desteklerler. SERS’deki en büyük gelişmeler39,40 nanopartikül agregalarından gelmesine rağmen, bireysel nanopartiküllerden SERS ölçümlerine izin veren yeni bir SERS substratı geliştirilmiştir: boşluk modu SERS substratı (Şekil 1) 41,42. Boşluk modlu SERS substratlarında, metalik bir ayna üretilir ve bir analit ile kaplanır. Daha sonra, nanopartiküller substrat üzerine dağılır. Dairesel polarize lazer ışığı ile ışınlandığında, nanopartikül ve substratın birleşmesiyle oluşan bir dipolar plazmon rezonansı uyarılır, bu da tek nanopartiküller üzerinde SERS ölçümlerini sağlar. SERS emisyonu, optik eksen boyunca yönlendirilen dipolar plazmon rezonansı43,44,45’e bağlanır. Yayılan elektrik dipolünün ve toplama optiklerinin paralel hizalanmasıyla, sadece yüksek açılı emisyon toplanır, böylece 46,47,48,49 farklı çörek şeklindeki emisyon kalıpları oluşturulur ve tek nanopartiküllerin tanımlanmasına izin verilir. Substrat üzerindeki nanopartiküllerin agregaları, optik eksen50’ye paralel olmayan yayılan dipoller içerir. Bu ikinci durumda, düşük açılı ve yüksek açılı emisyonlar toplanır ve katı emisyon kalıpları oluşturur46.

Burada, boşluk modu SERS substratlarını üretmek için bir protokol ve bunları SERS kullanarak tek Ag nanopartikülleri üzerindeki elektrokimyasal redoks olaylarını izlemek için çalışma elektrotları olarak kullanmak için bir prosedür açıklıyoruz. Önemli olarak, boşluk modu SERS substratlarını kullanan protokol, tek nanopartiküllerin SERS görüntüleme ile açık bir şekilde tanımlanmasına izin verir, bu da tek nanopartikül elektrokimyasındaki mevcut metodolojiler için önemli bir zorluktur. Bir model sistem olarak, bir tarama veya basamaklı potansiyel (yani, döngüsel voltametri, kronoamperometri) tarafından tahrik edilen tek bir Ag nanopartikülü üzerinde Nil Mavisi A’nın (NB) elektrokimyasal indirgeme ve oksidasyonunun bir okumasını sağlamak için SERS kullanımını gösteriyoruz. NB, elektronik yapısının uyarma kaynağının dışında / rezonansında modüle edildiği çok protonlu, çok elektronlu bir indirgeme / oksidasyon reaksiyonuna uğrar, bu da karşılık gelen SERS spektrumlarında bir kontrast sağlar 10,51,52. Burada açıklanan protokol, elektrokataliz gibi uygulamalarla ilgili olabilecek rezonans olmayan redoks-aktif moleküller ve elektrokimyasal teknikler için de geçerlidir.

Protocol

1. Boşluk modu SERS substrat hazırlığı 1 No’lu kapak fişlerini (bakınız Malzeme Tablosu) aşağıda açıklandığı gibi aseton ve suyla yıkama kullanarak temizleyin. Kapak kapaklarına herhangi bir döküntü veya diğer istenmeyen maddelerin birikmediğinden emin olmak için bu adımı temiz bir odada gerçekleştirin.Kapak fişlerini bir slayt rafına yerleştirin. Kapakları/alt tabakaları hareket ettirirken cımbız kullanın. Sürgü rafını bir cam ka…

Representative Results

Şekil 2A , bir elektron ışını metal biriktirme sistemi kullanılarak hazırlanan Ag ince film substratlarını göstermektedir. Şekil 2A’da gösterilen “iyi” substrat, cam kapak kayması üzerinde homojen bir Ag metal kaplamasına sahipken, “kötü” substrat düzgün olmayan bir Ag kaplamasına sahiptir. “İyi” Ag ince filmin ultraviyole görünür spektrumu, filmin elektromanyetik spektrumun görünür kısmı için kısmen şeffaf olduğunu gösteren <st…

Discussion

Cu ve Ag ince metal filmlerin temiz kapaklar üzerine biriktirilmesi, nihai filmin iki ila dört atomik tabakadan daha büyük olmayan bir pürüzlülüğe (veya yaklaşık 0,7 nm’ye eşit veya daha küçük bir kök ortalama kare pürüzlülüğüne) sahip olmasını sağlamak için hayati öneme sahiptir. Metal biriktirmeden önce kapak kaymasında bulunan toz, çizikler ve döküntüler, çörek şeklindeki emisyon desenlerini üretmek için gereken pürüzsüz filmin üretilmesini engelleyen yaygın sorunlardır. Bu …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Louisville Üniversitesi’nden başlangıç fonları ve Oak Ridge İlişkili Üniversiteleri’nden Ralph E. Powe Junior Fakülte Geliştirme Ödülü ile desteklendi. Yazarlar, Şekil 1’deki görüntüyü yarattığı için Dr. Ki-Hyun Cho’ya teşekkür eder. Metal biriktirme ve SEM, Louisville Üniversitesi’ndeki Mikro / Nano Teknoloji Merkezi’nde gerçekleştirildi.

Materials

Acetone, microelectronic grade J. T. Baker 9005-05
Adjustable pipette, Eppendorf Reference 2 5000 mL Eppendorf 4924000100
Analytical Balance, AB54-S/FACT Metter Toledo N.A.
Atomic Force Microscope, Easy scan 2 Nanosurf N.A.
AXXIS Electron Beam Thin Film Deposition System Kurt J. Lesker N.A.
Cary 60 UV-Vis Spectrophotometer Agilent N.A.
Conductive epoxy, two part Electron Microscopy Sciences 12642-14
Copper pellets, 99.99% pure Kurt J. Lesker EVMCU40EXE
Copper wire, bare, 18 AWG VWR 66248-040
Crucible, Graphite E-Beam Kurt J. Lesker EVCEB-23
Diamond Scriber Ted Pella 54484
EMCCD Camera, ProEM HS: 1024BX3 Teledyne Princeton Instruments N.A.
Epoxy, Clear Gorilla Glue N.A.
Glass Tube Cutter Wheeler-Rex 69012
Glass Tube, Borossilicate (OD 0.75", ID 0.62", L 12") McMaster-Carr 8729K45
Immersion oil, Type-F Olympus IMMOIL-F30CC
Inverted Microscope, IX73 Olympus N.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Free space Spectra-Physics N.A.
LightField Teledyne Princeton Instruments N.A.
MATLAB 2022b MathWorks N.A.
Micro cover glass (coverslips), 24×60 mm No. 1 VWR 48404-455
Microscope Smartphone Camera Adapter qhma QHMC017A-S01
Nile Blue A, pure Acros Organics 415690100
Nitrogen, Ultra Pure, Compressed Specialty Gases N.A.
Objective, UPLanXApo 100× Oil Immersion Olympus 14-910
Polyimide Film, Kapton 3M 16089-4
Potassium Phosphate Monobasic VWR P285
Potentiostat, 660E  CH Instruments N.A.
Pt wire Alfa Aesar 10956-BS
Scanning Electron Microscope, Apreo C SEM Thermo Fischer Scientific N.A.
Si wafer Ted Pella 16006
Silver nanoparticles (nanospheres), NanoXact 0.02 mg/mL in 2 mM citrate nanoComposix AGCN60
Silver pellets, 99.99% pure Kurt J. Lesker EVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-Dry Diversified Biotech WSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 mini Apple N.A.
Sodium Phosphate Dibasic Heptahydrate VWR 0348
Spectrometer, IsoPlane SCT320 Teledyne Princeton Instruments N.A.
Tissue Wipers, Light-duty  VWR 82003-820
Tweezers, KS-04 Kaisi Hardware N.A.
Utrasonic Generator, sweepSONIK Blackstone-NEY Ultrasonics 809379
Water Ultrapurifier, Sartorius Arium mini Sartorius N.A.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. O’Mari, O., Vullev, V. I. Electrochemical analysis in charge-transfer science: The devil in the details. Current Opinion in Electrochemistry. 31, 100862 (2022).
  2. Forster, R. J. Microelectrodes: New dimensions in electrochemistry. Chemical Society Reviews. 23 (4), 289-297 (1994).
  3. Frackowiak, E., Béguin, F. Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors. Carbon. 39 (6), 937-950 (2001).
  4. Bard, A. J., Faulkner, L. R. . Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , (2001).
  5. Gerischer, H. The impact of semiconductors on the concepts of electrochemistry. Electrochimica Acta. 35 (11), 1677-1699 (1990).
  6. Savéant, J. -. M. Molecular catalysis of electrochemical reactions. Mechanistic aspects. Chemical Reviews. 108 (7), 2348-2378 (2008).
  7. Maduraiveeran, G., Sasidharan, M., Ganesan, V. Electrochemical sensor and biosensor platforms based on advanced nanomaterials for biological and biomedical applications. Biosensors and Bioelectronics. 103, 113-129 (2018).
  8. Baker, L. A. Perspective and prospectus on single-entity electrochemistry. Journal of the American Chemical Society. 140 (46), 15549-15559 (2018).
  9. Wang, Y., Shan, X., Tao, N. Emerging tools for studying single entity electrochemistry. Faraday Discussions. 193, 9-39 (2016).
  10. Wilson, A. J., Willets, K. A. Visualizing site-specific redox potentials on the surface of plasmonic nanoparticle aggregates with superlocalization SERS microscopy. Nano Letters. 14 (2), 939-945 (2014).
  11. Devasia, D., Wilson, A. J., Heo, J., Mohan, V., Jain, P. K. A rich catalog of C-C bonded species formed in CO2 reduction on a plasmonic photocatalyst. Nature Communications. 12 (1), 2612 (2021).
  12. Sambur, J. B., et al. Sub-particle reaction and photocurrent mapping to optimize catalyst-modified photoanodes. Nature. 530 (7588), 77-80 (2016).
  13. Sambur, J. B., Chen, P. Approaches to single-nanoparticle catalysis. Annual Review of Physical Chemistry. 65 (1), 395-422 (2014).
  14. Sambur, J. B., Chen, P. Distinguishing direct and indirect photoelectrocatalytic oxidation mechanisms using quantitative single-molecule reaction imaging and photocurrent measurements. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20668-20676 (2016).
  15. Wang, L., Tahir, M., Chen, H., Sambur, J. B. Probing charge carrier transport and recombination pathways in monolayer MoS2/WS2 heterojunction photoelectrodes. Nano Letters. 19 (12), 9084-9094 (2019).
  16. Rubin, H. The significance of biological heterogeneity. Cancer and Metastasis Reviews. 9 (1), 1-20 (1990).
  17. Altschuler, S. J., Wu, L. F. Cellular heterogeneity: Do differences make a difference. Cell. 141 (4), 559-563 (2010).
  18. Guerrette, J. P., Percival, S. J., Zhang, B. Fluorescence coupling for direct imaging of electrocatalytic heterogeneity. Journal of the American Chemical Society. 135 (2), 855-861 (2013).
  19. Chen, Y., et al. In situ imaging facet-induced spatial heterogeneity of electrocatalytic reaction activity at the subparticle level via electrochemiluminescence microscopy. Analytical Chemistry. 91 (10), 6829-6835 (2019).
  20. Zaleski, S., et al. Investigating nanoscale electrochemistry with surface- and tip-enhanced Raman spectroscopy. Accounts of Chemical Research. 49 (9), 2023-2030 (2016).
  21. Xu, R., et al. Heterogeneous damage in Li-ion batteries: Experimental analysis and theoretical modeling. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 129, 160-183 (2019).
  22. Liu, H., et al. Quantifying reaction and rate heterogeneity in battery electrodes in 3D through operando X-ray diffraction computed tomography. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (20), 18386-18394 (2019).
  23. Heinze, J. Ultramicroelectrodes in electrochemistry. Angewandte Chemie International Edition in English. 32 (9), 1268-1288 (1993).
  24. Arrigan, D. W. M. Nanoelectrodes, nanoelectrode arrays and their applications. Analyst. 129 (12), 1157-1165 (2004).
  25. Grall, S., et al. Attoampere nanoelectrochemistry. Small. 17 (29), 2101253 (2021).
  26. Sa, N., Lan, W. -. J., Shi, W., Baker, L. A. Rectification of ion current in nanopipettes by external substrates. ACS Nano. 7 (12), 11272-11282 (2013).
  27. Zhu, C., Huang, K., Siepser, N. P., Baker, L. A. Scanning ion conductance microscopy. Chemical Reviews. 121 (19), 11726-11768 (2021).
  28. Fu, K., Kwon, S. -. R., Han, D., Bohn, P. W. Single entity electrochemistry in nanopore electrode arrays: Ion transport meets electron transfer in confined geometries. Accounts of Chemical Research. 53 (4), 719-728 (2020).
  29. Iwasita, T., Nart, F. C., Rodes, A., Pastor, E., Weber, M. Vibrational spectroscopy at the electrochemical interface. Surface Structure and Electrochemical Reactivity. 40 (1), 53-59 (1995).
  30. Joshi, P. B., Wilson, A. J. Understanding electrocatalysis at nanoscale electrodes and single atoms with operando vibrational spectroscopy. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 38, 100682 (2022).
  31. Kaim, W., Fiedler, J. Spectroelectrochemistry: The best of two worlds. Chemical Society Reviews. 38 (12), 3373-3382 (2009).
  32. Zhai, Y., Zhu, Z., Zhou, S., Zhu, C., Dong, S. Recent advances in spectroelectrochemistry. Nanoscale. 10 (7), 3089-3111 (2018).
  33. Zheng, X., Zong, C., Xu, M., Wang, X., Ren, B. Raman imaging from microscopy to nanoscopy, and to macroscopy. Small. 11 (28), 3395-3406 (2015).
  34. Opilik, L., Schmid, T., Zenobi, R. Modern Raman imaging: Vibrational spectroscopy on the micrometer and nanometer scales. Annual Review of Analytical Chemistry. 6 (1), 379-398 (2013).
  35. Wilson, A. J., Devasia, D., Jain, P. K. Nanoscale optical imaging in chemistry. Chemical Society Reviews. 49 (16), 6087-6112 (2020).
  36. Willets, K. A. Probing nanoscale interfaces with electrochemical surface-enhanced Raman scattering. Current Opinion in Electrochemistry. 13, 18-24 (2019).
  37. Tian, Z. -. Q., Ren, B. Adsorption and reaction at electrochemical interfaces as probed by surface-enhanced Raman spectroscopy. Annual Review of Physical Chemistry. 55 (1), 197-229 (2004).
  38. Wu, D. -. Y., Li, J. -. F., Ren, B., Tian, Z. -. Q. Electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy of nanostructures. Chemical Society Reviews. 37 (5), 1025-1041 (2008).
  39. Bosnick Jiang, K., Maillard, M., Brus, L. Single molecule Raman spectroscopy at the junctions of large Ag nanocrystals. The Journal of Physical Chemistry B. 107 (37), 9964-9972 (2003).
  40. Camden, J. P., et al. Probing the structure of single-molecule surface-enhanced Raman scattering hot spots. Journal of the American Chemical Society. 130 (38), 12616-12617 (2008).
  41. Daniels, J. K., Chumanov, G. Nanoparticle−mirror sandwich substrates for surface-enhanced Raman scattering. The Journal of Physical Chemistry B. 109 (38), 17936-17942 (2005).
  42. Ciracì, C., et al. Probing the ultimate limits of plasmonic enhancement. Science. 337 (6098), 1072-1074 (2012).
  43. Ausman, L. K., Schatz, G. C. On the importance of incorporating dipole reradiation in the modeling of surface enhanced Raman scattering from spheres. The Journal of Chemical Physics. 131 (8), 084708 (2009).
  44. Stranahan, S. M., Willets, K. A. Super-resolution optical imaging of single-molecule SERS hot spots. Nano Letters. 10 (9), 3777-3784 (2010).
  45. Titus, E. J., Weber, M. L., Stranahan, S. M., Willets, K. A. Super-resolution SERS imaging beyond the single-molecule limit: An isotope-edited approach. Nano Letters. 12 (10), 5103-5110 (2012).
  46. Bartko, A. P., Dickson, R. M. Imaging three-dimensional single molecule orientations. The Journal of Physical Chemistry B. 103 (51), 11237-11241 (1999).
  47. Chen, S. -. Y., et al. Gold nanoparticles on polarizable surfaces as Raman scattering antennas. ACS Nano. 4 (11), 6535-6546 (2010).
  48. Du, L., Tang, D., Yuan, G., Wei, S., Yuan, X. Emission pattern of surface-enhanced Raman scattering from single nanoparticle-film junction. Applied Physics Letters. 102 (8), 081117 (2013).
  49. Joshi, P. B., Anthony, T. P., Wilson, A. J., Willets, K. A. Imaging out-of-plane polarized emission patterns on gap mode SERS substrates: From high molecular coverage to the single molecule regime. Faraday Discussions. 205, 245-259 (2017).
  50. Stranahan, S. M., Titus, E. J., Willets, K. A. SERS orientational imaging of silver nanoparticle dimers. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2 (21), 2711-2715 (2011).
  51. Cortés, E., et al. Monitoring the electrochemistry of single molecules by surface-enhanced Raman spectroscopy. Journal of the American Chemical Society. 132 (51), 18034-18037 (2010).
  52. Wilson, A. J., Molina, N. Y., Willets, K. A. Modification of the electrochemical properties of Nile Blue through covalent attachment to gold as revealed by electrochemistry and SERS. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 21091-21098 (2016).
  53. E-beam evaporator SOP. Micro/Nano Technology Center, University of Louisville Available from: https://louisville.edu/micronano/files/documents/standard-operating-procedures/Ebaeam_SOP.pdf (2020)
  54. FEI Apreo C SEM SOP. Micro/Nano Technology Center, University of Louisville Available from: https://louisville.edu/micronano/files/documents/standard-operating-procedures/ApreoSEMSOPn.pdf (2023)
  55. Benz, F., et al. SERS of individual nanoparticles on a mirror: Size does matter, but so does shape. The Journal of Physical Chemistry Letters. 7 (12), 2264-2269 (2016).
  56. Sundaresan, V., Monaghan, J. W., Willets, K. A. Visualizing the effect of partial oxide formation on single silver nanoparticle electrodissolution. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (5), 3138-3145 (2018).
  57. Wilson, A. J., Mohan, V., Jain, P. K. Mechanistic understanding of plasmon-enhanced electrochemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 123 (48), 29360-29369 (2019).
  58. Wilson, A. J., Jain, P. K. Light-induced voltages in catalysis by plasmonic nanostructures. Accounts of Chemical Research. 53 (9), 1773-1781 (2020).
  59. Wang, J., Heo, J., Chen, C., Wilson, A. J., Jain, P. K. Ammonia oxidation enhanced by photopotential generated by plasmonic excitation of a bimetallic electrocatalyst. Angewandte Chemie International Edition. 59 (42), 18430-18434 (2020).
  60. Joshi, P. B., Wilson, A. J. Plasmonically enhanced electrochemistry boosted by nonaqueous solvent. The Journal of Chemical Physics. 156 (24), 241101 (2022).
  61. Xiao, X., Fan, F. -. R. F., Zhou, J., Bard, A. J. Current transients in single nanoparticle collision events. Journal of the American Chemical Society. 130 (49), 16669-16677 (2008).
  62. Kwon, S. J., et al. Stochastic electrochemistry with electrocatalytic nanoparticles at inert ultramicroelectrodes-theory and experiments. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (12), 5394-5402 (2011).
  63. Anderson, T. J., Zhang, B. Single-nanoparticle electrochemistry through immobilization and collision. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2625-2631 (2016).
  64. Sun, T., Yu, Y., Zacher, B. J., Mirkin, M. V. Scanning electrochemical microscopy of individual catalytic nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 53 (51), 14120-14123 (2014).
  65. Yu, Y., Sun, T., Mirkin, M. V. Scanning electrochemical microscopy of single spherical nanoparticles: Theory and particle size evaluation. Analytical Chemistry. 87 (14), 7446-7453 (2015).
  66. Yu, Y., et al. Electrochemistry and electrocatalysis at single gold nanoparticles attached to carbon nanoelectrodes. ChemElectroChem. 2 (1), 58-63 (2015).
  67. Bentley, C. L., Kang, M., Unwin, P. R. Nanoscale structure dynamics within electrocatalytic materials. Journal of the American Chemical Society. 139 (46), 16813-16821 (2017).
  68. Wahab, O. J., Kang, M., Unwin, P. R. Scanning electrochemical cell microscopy: A natural technique for single entity electrochemistry. Current Opinion in Electrochemistry. 22, 120-128 (2020).
  69. Bentley, C. L., et al. Local surface structure and composition control the hydrogen evolution reaction on iron nickel sulfides. Angewandte Chemie International Edition. 57 (15), 4093-4097 (2018).
  70. Wright, D., et al. Mechanistic study of an immobilized molecular electrocatalyst by in situ gap-plasmon-assisted spectro-electrochemistry. Nature Catalysis. 4 (2), 157-163 (2021).
  71. Peng, J., et al. In-situ spectro-electrochemistry of conductive polymers using plasmonics to reveal doping mechanisms. ACS Nano. 16 (12), 21120-21128 (2022).
  72. Yan, M., Kawamata, Y., Baran, P. S. Synthetic organic electrochemical methods since 2000: On the verge of a renaissance. Chemical Reviews. 117 (21), 13230-13319 (2017).
  73. Kingston, C., et al. A survival guide for the "electro-curious.&#34. Accounts of Chemical Research. 53 (1), 72-83 (2020).
  74. Patrice, F. T., Qiu, K., Ying, Y. -. L., Long, Y. -. T. Single nanoparticle electrochemistry. Annual Review of Analytical Chemistry. 12 (1), 347-370 (2019).
  75. Sekretareva, A. Single-entity electrochemistry of collision in sensing applications. Sensors and Actuators Reports. 3, 100037 (2021).

Tags

Keywords: Single NanoparticleSurface-enhanced Raman Scattering (SERS)ElectrochemistryMicroscopyCatalysisReaction IntermediatesChemical TransformationsEnsemble Average MeasurementsVibrational SpectroscopyHeterogeneous PerformanceNanoscale HeterogeneityNile BlueAg Nanoparticles
check_url/pt/65486?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Hemmer, J. V., Joshi, P. B., Wilson, A. J. Tracking Electrochemistry on Single Nanoparticles with Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy. J. Vis. Exp. (195), e65486, doi:10.3791/65486 (2023).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image