Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні
The article examines the impact of plasmon excitation on the surface of a spherical metallic nanoparticle on its catalytic properties, specifically the efficiency of hot electron generation (activity). The physical mechanisms behind the enhancement of catalytic activity under resonant excitation of...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/777 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543968796344320 |
|---|---|
| author | Korotun, A. V. Demianenko, D. V. Reva, V. I. Kulykovskyi, R. A. |
| author_facet | Korotun, A. V. Demianenko, D. V. Reva, V. I. Kulykovskyi, R. A. |
| author_sort | Korotun, A. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T08:56:14Z |
| description | The article examines the impact of plasmon excitation on the surface of a spherical metallic nanoparticle on its catalytic properties, specifically the efficiency of hot electron generation (activity). The physical mechanisms behind the enhancement of catalytic activity under resonant excitation of surface plasmons are described. A mathematical model is proposed within the classical approximation to describe the relationship between the optical and catalytic properties of metallic nanoparticles. The model accounts for volumetric, surface, and radiative mechanisms of electron relaxation in the nanoparticle, as well as the Hagen–Rubens approximation for the absorption coefficient, which is valid within the studied frequency range. Numerical results obtained within the framework of the proposed model include frequency dependences of the real and imaginary parts of the nanoparticle’s dielectric function, the absorption efficiency, the Fowler parameter, and the efficiency of hot electron generation. An explanation is provided for the similarity in the frequency dependence curves of the real and imaginary parts of the dielectric function, the absorption coefficient, and the Fowler parameter for silver nanoparticles of varying radii. A comparison is made between the obtained numerical results and experimental findings by other researchers regarding the spectral dependences of hot electron generation efficiencies for nanoparticles made of various metals and silver nanoparticles of different radii. The study investigates the extrema of the frequency dependences of hot electron generation efficiency, finding that the number and spectral positions of the extrema significantly depend on the radius and material of the nanoparticles. It is demonstrated that the highest maximum corresponds to a frequency close to the surface plasmon resonance frequency. Practical recommendations are developed for selecting materials for spherical nanoparticles to be used as photocatalysts in the optical frequency range to enhance the efficient utilization of solar energy. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:40Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-777 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:46:01Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7772025-06-19T08:56:14Z Enhancing the activity of a metallic nanoparticle catalyst through localized plasmon resonance excitation on its surface Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні Korotun, A. V. Demianenko, D. V. Reva, V. I. Kulykovskyi, R. A. surface plasmon resonance photocatalysis activity Fowler parameter absorption coefficient electron-hole pairs hot electrons поверхневий плазмонний резонанс фотокаталіз активність параметр Фаулера коефіцієнт поглинання електронно-діркові пари гарячі електрони The article examines the impact of plasmon excitation on the surface of a spherical metallic nanoparticle on its catalytic properties, specifically the efficiency of hot electron generation (activity). The physical mechanisms behind the enhancement of catalytic activity under resonant excitation of surface plasmons are described. A mathematical model is proposed within the classical approximation to describe the relationship between the optical and catalytic properties of metallic nanoparticles. The model accounts for volumetric, surface, and radiative mechanisms of electron relaxation in the nanoparticle, as well as the Hagen–Rubens approximation for the absorption coefficient, which is valid within the studied frequency range. Numerical results obtained within the framework of the proposed model include frequency dependences of the real and imaginary parts of the nanoparticle’s dielectric function, the absorption efficiency, the Fowler parameter, and the efficiency of hot electron generation. An explanation is provided for the similarity in the frequency dependence curves of the real and imaginary parts of the dielectric function, the absorption coefficient, and the Fowler parameter for silver nanoparticles of varying radii. A comparison is made between the obtained numerical results and experimental findings by other researchers regarding the spectral dependences of hot electron generation efficiencies for nanoparticles made of various metals and silver nanoparticles of different radii. The study investigates the extrema of the frequency dependences of hot electron generation efficiency, finding that the number and spectral positions of the extrema significantly depend on the radius and material of the nanoparticles. It is demonstrated that the highest maximum corresponds to a frequency close to the surface plasmon resonance frequency. Practical recommendations are developed for selecting materials for spherical nanoparticles to be used as photocatalysts in the optical frequency range to enhance the efficient utilization of solar energy. В роботі розглянуто питання про вплив збудження плазмонів на поверхні сферичної металевої наночастинки на її каталітичні властивості, а саме, ефективність генерації гарячих електронів (активність). Описано причини (фізичні механізми) збільшення каталітичної активності при резонансному збудженні поверхневих плазмонів. В класичному наближенні запропоновано математичну модель, яка описує зв’язок між оптичними та каталітичними властивостями металевих наночастинок. Математична модель враховує об’ємний, поверхневий та радіаційний механізми релаксації електронів у наночастинці та наближення Хагена – Рубенса для коефіцієнта поглинання, справедливе в досліджуваному діапазоні частот. Чисельні результати в рамках запропонованої моделі отримано для частотних залежностей дійсної й уявної частин діелектричної функції наночастинки, ефективності та коефіцієнта поглинання, параметра Фаулера та ефективності генерації гарячих електронів. Наведено пояснення близькості кривих частотних залежностей дійсної й уявної частин діелектричної функції наночастинки, коефіцієнта поглинання і параметра Фаулера для срібних наночастинок-каталізаторів різного радіуса. Проведено порівняння отриманих чисельних результатів із експериментальними результатами інших авторів для спектральних залежностей ефективностей генерації гарячих електронів наночастинок різних металів і срібних наночастинок різного радіуса. Досліджено на екстремум частотні залежності ефективності генерації гарячих електронів. Встановлено, що кількість і спектральне положення екстремумів суттєво залежить від радіуса і матеріалу наночастинок. Показано, що найбільший максимум відповідає частоті, близькій до частоти поверхневого плазмонного резонансу. Розроблено практичні рекомендації щодо матеріалів сферичних наночастинок, які доцільно використовувати як фотокаталізатори в оптичному діапазоні частот з метою більш ефективного використання сонячної енергії. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-06-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/777 10.15407/hftp16.02.253 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 253-270 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 253-270 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 2 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 253-270 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/777/795 Copyright (c) 2025 A. V. Korotun, D. V. Demianenko, V. I. Reva, R. A. Kulykovskyi |
| spellingShingle | поверхневий плазмонний резонанс фотокаталіз активність параметр Фаулера коефіцієнт поглинання електронно-діркові пари гарячі електрони Korotun, A. V. Demianenko, D. V. Reva, V. I. Kulykovskyi, R. A. Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title | Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title_alt | Enhancing the activity of a metallic nanoparticle catalyst through localized plasmon resonance excitation on its surface |
| title_full | Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title_fullStr | Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title_full_unstemmed | Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title_short | Підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| title_sort | підвищення активності металевої наночастинки-каталізатора при збудженні локалізованого плазмонного резонансу на її поверхні |
| topic | поверхневий плазмонний резонанс фотокаталіз активність параметр Фаулера коефіцієнт поглинання електронно-діркові пари гарячі електрони |
| topic_facet | surface plasmon resonance photocatalysis activity Fowler parameter absorption coefficient electron-hole pairs hot electrons поверхневий плазмонний резонанс фотокаталіз активність параметр Фаулера коефіцієнт поглинання електронно-діркові пари гарячі електрони |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/777 |
| work_keys_str_mv | AT korotunav enhancingtheactivityofametallicnanoparticlecatalystthroughlocalizedplasmonresonanceexcitationonitssurface AT demianenkodv enhancingtheactivityofametallicnanoparticlecatalystthroughlocalizedplasmonresonanceexcitationonitssurface AT revavi enhancingtheactivityofametallicnanoparticlecatalystthroughlocalizedplasmonresonanceexcitationonitssurface AT kulykovskyira enhancingtheactivityofametallicnanoparticlecatalystthroughlocalizedplasmonresonanceexcitationonitssurface AT korotunav pídviŝennâaktivnostímetalevoínanočastinkikatalízatoraprizbudžennílokalízovanogoplazmonnogorezonansunaíípoverhní AT demianenkodv pídviŝennâaktivnostímetalevoínanočastinkikatalízatoraprizbudžennílokalízovanogoplazmonnogorezonansunaíípoverhní AT revavi pídviŝennâaktivnostímetalevoínanočastinkikatalízatoraprizbudžennílokalízovanogoplazmonnogorezonansunaíípoverhní AT kulykovskyira pídviŝennâaktivnostímetalevoínanočastinkikatalízatoraprizbudžennílokalízovanogoplazmonnogorezonansunaíípoverhní |