JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Chemistry

Sporing af elektrokemi på enkelte nanopartikler med overfladeforstærket Ramanspredningsspektroskopi og mikroskopi

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

Summary

Protokollen beskriver, hvordan man overvåger elektrokemiske hændelser på enkelte nanopartikler ved hjælp af overfladeforstærket Raman-spredningsspektroskopi og billeddannelse.

Abstract

Det er vigtigt at studere elektrokemiske reaktioner på enkelte nanopartikler for at forstå den heterogene ydeevne af individuelle nanopartikler. Denne heterogenitet i nanoskala forbliver skjult under den ensemble-gennemsnitlige karakterisering af nanopartikler. Elektrokemiske teknikker er udviklet til at måle strømme fra enkelte nanopartikler, men giver ikke information om strukturen og identiteten af de molekyler, der gennemgår reaktioner på elektrodeoverfladen. Optiske teknikker såsom overfladeforstærket Ramanspredningsmikroskopi (SERS) og spektroskopi kan detektere elektrokemiske hændelser på individuelle nanopartikler og samtidig give information om vibrationstilstande for elektrodeoverfladearter. I dette papir demonstreres en protokol til sporing af den elektrokemiske oxidationsreduktion af Nilblå (NB) på enkelte Ag-nanopartikler ved hjælp af SERS-mikroskopi og spektroskopi. For det første beskrives en detaljeret protokol til fremstilling af Ag-nanopartikler på en glat og halvgennemsigtig Ag-film. En dipolær plasmontilstand justeret langs den optiske akse dannes mellem en enkelt Ag nanopartikel og Ag film. SERS-emissionen fra NB, der er fikseret mellem nanopartiklen og filmen, kobles til plasmontilstanden, og højvinkelemissionen opsamles af et mikroskopmål for at danne et doughnutformet emissionsmønster. Disse doughnutformede SERS-emissionsmønstre muliggør en entydig identifikation af enkelte nanopartikler på substratet, hvorfra SERS-spektrene kan indsamles. I dette arbejde tilvejebringes en metode til anvendelse af SERS-substratet som en arbejdselektrode i en elektrokemisk celle, der er kompatibel med et inverteret optisk mikroskop. Endelig vises sporing af den elektrokemiske oxidationsreduktion af NB-molekyler på en individuel Ag-nanopartikel. Opsætningen og protokollen beskrevet her kan ændres til at studere forskellige elektrokemiske reaktioner på individuelle nanopartikler.

Introduction

Elektrokemi er en vigtig målevidenskab til undersøgelse af ladningsoverførsel, ladningslagring, massetransport osv. med anvendelser inden for forskellige discipliner, herunder biologi, kemi, fysik og teknik 1,2,3,4,5,6,7 . Konventionelt involverer elektrokemi målinger over et ensemble – en stor samling af enkeltenheder såsom molekyler, krystallinske domæner, nanopartikler og overfladesteder. Imidlertid er forståelse af, hvordan sådanne enkeltenheder bidrager til ensemble-gennemsnitlige svar, nøglen til at frembringe nye grundlæggende og mekanistiske forståelser inden for kemi og beslægtede områder på grund af heterogeniteten af elektrodeoverflader i komplekse elektrokemiske miljøer 8,9. For eksempel har ensemblereduktion afsløret stedspecifikke reduktions-/oxidationspotentialer10, dannelsen af mellemprodukter og mindre katalyseprodukter 11, stedspecifik reaktionskinetik 12,13 og ladningsbærerdynamik 14,15. Reduktion af ensemblegennemsnit er især vigtigt for at forbedre vores forståelse ud over modelsystemer til anvendte systemer, såsom biologiske celler, elektrokatalyse og batterier, hvor omfattende heterogenitet ofte findes 16,17,18,19,20,21,22.

I det sidste årti eller deromkring har der været en fremkomst af teknikker til at studere enkeltenhedselektrokemi 1,2,9,10,11,12. Disse elektrokemiske målinger har givet mulighed for at måle små elektriske og ioniske strømme i flere systemer og afsløret nye grundlæggende kemiske og fysiske egenskaber 23,24,25,26,27,28. Elektrokemiske målinger giver imidlertid ikke oplysninger om identiteten eller strukturen af molekyler eller mellemprodukter på elektrodeoverfladen 29,30,31,32. Kemisk information ved elektrode-elektrolytgrænsefladen er central for forståelsen af elektrokemiske reaktioner. Grænsefladekemisk viden opnås typisk ved at koble elektrokemi med spektroskopi31,32. Vibrationsspektroskopi, såsom Ramanspredning, er velegnet til at give komplementær kemisk information om ladningsoverførsel og relaterede hændelser i elektrokemiske systemer, der overvejende anvender, men ikke er begrænset til, vandige opløsningsmidler30. Sammen med mikroskopi giver Raman-spredningsspektroskopi rumlig opløsning ned til diffraktionsgrænsen for lys33,34. Diffraktion udgør imidlertid en begrænsning, fordi nanopartikler og aktive overfladesteder er mindre i længden end optiske diffraktionsgrænser, hvilket således udelukker undersøgelsen af individuelle enheder35.

Overfladeforstærket Raman-spredning (SERS) har vist sig at være et kraftfuldt værktøj til at studere grænsefladekemi i elektrokemiske reaktioner 20,30,36,37,38. Ud over at tilvejebringe vibrationstilstande af reaktantmolekyler, opløsningsmiddelmolekyler, additiver og overfladekemikalier af elektroder, giver SERS et signal, der er lokaliseret til overfladen af materialer, der understøtter kollektive overfladeelektronoscillationer, kendt som lokaliserede overfladeplasmonresonanser. Excitationen af plasmonresonanser fører til koncentrationen af elektromagnetisk stråling på overfladen af metallet, hvilket øger både lysstrømmen til og Raman-spredningen fra overfladeadsorbater. Nanostrukturerede ædelmetaller som Ag og Au er almindeligt anvendte plasmoniske materialer, fordi de understøtter synlige lysplasmonresonanser, som er ønskelige til detektering af emission med meget følsomme og effektive ladningskoblede enheder. Selvom de største forbedringer i SERS kommer fra aggregater af nanopartikler39,40, er der udviklet et nyt SERS-substrat, der tillader SERS-målinger fra individuelle nanopartikler: gap-mode SERS-substrat (figur 1) 41,42. I gap-mode SERS-substrater fremstilles et metallisk spejl og overtrækkes med en analyt. Dernæst spredes nanopartikler over substratet. Når det bestråles med cirkulært polariseret laserlys, exciteres en dipolær plasmonresonans dannet ved kobling af nanopartikel og substrat, hvilket muliggør SERS-målinger på enkelte nanopartikler. SERS-emission er koblet til den dipolære plasmonresonans43,44,45, som er orienteret langs den optiske akse. Med den parallelle justering af den udstrålende elektriske dipol og opsamlingsoptik indsamles kun højvinkelemission, hvorved der dannes forskellige doughnutformede emissionsmønstre46,47,48,49 og muliggør identifikation af enkelte nanopartikler. Aggregater af nanopartikler på substratet indeholder udstrålende dipoler, der ikke er parallelle med den optiske akse50. I sidstnævnte tilfælde opsamles lavvinkel- og højvinkelemissioner og danner faste emissionsmønstre46.

Her beskriver vi en protokol til fremstilling af gap-mode SERS-substrater og en procedure til at anvende dem som arbejdselektroder til overvågning af elektrokemiske redoxhændelser på enkelte Ag-nanopartikler ved hjælp af SERS. Det er vigtigt, at protokollen, der bruger gap-mode SERS-substrater, muliggør entydig identifikation af enkelte nanopartikler ved SERS-billeddannelse, hvilket er en central udfordring for nuværende metoder inden for enkeltnanopartikelelektrokemi. Som et modelsystem demonstrerer vi brugen af SERS til at give en aflæsning af den elektrokemiske reduktion og oxidation af Nilblå A (NB) på en enkelt Ag nanopartikel drevet af en scanning eller trinvist potentiale (dvs. cyklisk voltammetri, kronoamperometri). NB gennemgår en multiproton, multielektronreduktions-/oxidationsreaktion, hvor dens elektroniske struktur moduleres ud af/i resonans med excitationskilden, hvilket giver en kontrast i de tilsvarende SERS-spektre 10,51,52. Den her beskrevne protokol gælder også for ikke-resonante redoxaktive molekyler og elektrokemiske teknikker, som kan være relevante for applikationer såsom elektrokatalyse.

Protocol

1. Gap-mode SERS substrat forberedelse Rengør dæksler nr. 1 (se materialetabellen) med acetone og vandvask som beskrevet nedenfor. Udfør dette trin i et renrum for at sikre, at der ikke aflejres snavs eller andet uønsket materiale på dækslerne.Anbring dæksedlerne i et glidestativ. Brug en pincet, når du flytter dækslerne/underlagene. Placer diasstativet i en glasbeholder, og fyld det med acetone.FORSIGTIG: Acetone er meget brandfarligt og har potentielle ne…

Representative Results

Figur 2A viser Ag tyndfilmsubstrater fremstillet ved hjælp af et elektronstrålemetalaflejringssystem. Det “gode” substrat vist i figur 2A har en homogen dækning af Ag-metal over glasdækslet, mens det “dårlige” substrat har en uensartet dækning af Ag. Det ultraviolette spektrum af den “gode” Ag-tynde film er vist i figur 2B, hvilket viser, at filmen er delvist gennemsigtig for den synlige del af det elektromagnetiske spektrum. …

Discussion

Aflejring af Cu og Ag tynde metalfilm på rene dæksedler er afgørende for at sikre, at den endelige film har en ruhed, der ikke er større end to til fire atomlag (eller en rodgennemsnitlig kvadratisk ruhed mindre end eller lig med omkring 0,7 nm). Støv, ridser og snavs, der findes på dækslet før metalaflejring, er almindelige problemer, der forhindrer fremstilling af den glatte film, der kræves for at producere doughnutformede emissionsmønstre. Derfor anbefales det at sonikere dækslerne i forskellige opløsning…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af opstartsmidler fra University of Louisville og finansiering fra Oak Ridge Associated Universities gennem en Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award. Forfatterne takker Dr. Ki-Hyun Cho for at skabe billedet i figur 1. Metalaflejringen og SEM blev udført på Micro / Nano Technology Center ved University of Louisville.

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

References

  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/65486?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image