物理所/郑大/港大三单位联合Adv. Sci.：等离子体激活CO2光还原中的间接到直接电荷转移转变

了解等离子体纳米材料及其吸附质之间的热载流子动力学对于等离子体增强光电子过程（如光催化、光学传感和光谱分析）具有重要意义。然而，由于复杂的路径和光电子的超快相互作用动力学，确定特定过程的特定主导机制仍面临着巨大的挑战。

基于此，中科院物理研究所孟胜研究员、郑州大学李顺方教授和郭海中教授、香港大学郭正晓教授（共同通讯作者）等人报道了他们以CO₂还原为例，利用实时密度泛函理论（DFT）计算在单分子水平上清晰地探讨了等离子体驱动催化的潜在机制。

通过实时的密度泛函理论（DFT）计算对分子轨道的时间演化电子占据分析，从超快结构和电子动力学的角度阐明了等离子体驱动的CO₂还原的基本机制。吸附在不同几何形状和尺寸的Ag₂₀和Ag₁₄₇团簇上的CO₂分子被光学等离子体激发还原。

这种还原通常可以归因于局部表面等离子体驱动的间接热电子转移和直接电荷转移的协同效应，其中两种机制的相对贡献随激光强度而变化。

同时，伴随着CO₂不对称拉伸和弯曲模式的激发。激光强度和反应速率之间存在非线性关系，表明强局域表面等离子体激发的协同作用和从间接热电子转移到直接电荷转移的转变。直接电荷转移贡献随着等离子体（激光）强度的增加而增加，并最终主导催化过程。

本研究中发现的协同过程表明反应速率对激光强度的非线性依赖性，并具有普遍性。这些发现为对CO₂光还原的微观理解提供了新的见解，并且促进了高效等离子体介导的光催化剂的设计。

Indirect to Direct Charge Transfer Transition in Plasmon-Enabled CO₂ Photoreduction. Adv. Sci., 2021, DOI: 10.1002/advs.202102978.

https://doi.org/10.1002/advs.202102978.

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