JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemistry

Spårning av elektrokemi på enskilda nanopartiklar med ytförbättrad Ramanspridningsspektroskopi och mikroskopi

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

Summary

Protokollet beskriver hur man övervakar elektrokemiska händelser på enskilda nanopartiklar med hjälp av ytförstärkt Raman-spridningsspektroskopi och avbildning.

Abstract

Att studera elektrokemiska reaktioner på enstaka nanopartiklar är viktigt för att förstå den heterogena prestandan hos enskilda nanopartiklar. Denna heterogenitet i nanoskala förblir dold under den ensemble-genomsnittliga karakteriseringen av nanopartiklar. Elektrokemiska tekniker har utvecklats för att mäta strömmar från enskilda nanopartiklar men ger inte information om strukturen och identiteten hos molekylerna som genomgår reaktioner vid elektrodytan. Optiska tekniker som ytförstärkt Ramanspridning, mikroskopi och spektroskopi kan detektera elektrokemiska händelser på enskilda nanopartiklar samtidigt som de ger information om vibrationslägena för elektrodytarter. I detta dokument demonstreras ett protokoll för att spåra den elektrokemiska oxidationsreduktionen av Nile Blue (NB) på enstaka Ag-nanopartiklar med hjälp av SERS-mikroskopi och spektroskopi. Först beskrivs ett detaljerat protokoll för tillverkning av Ag-nanopartiklar på en slät och halvtransparent Ag-film. Ett dipolärt plasmonläge inriktat längs den optiska axeln bildas mellan en enda Ag-nanopartikel och Ag-film. SERS-emissionen från NB fixerad mellan nanopartikeln och filmen kopplas till plasmonläget, och högvinkelemissionen samlas in av ett mikroskopmål för att bilda ett munkformat emissionsmönster. Dessa munkformade SERS-utsläppsmönster möjliggör entydig identifiering av enskilda nanopartiklar på substratet, från vilket SERS-spektra kan samlas in. I detta arbete tillhandahålls en metod för att använda SERS-substratet som en arbetselektrod i en elektrokemisk cell kompatibel med ett inverterat optiskt mikroskop. Slutligen visas spårning av elektrokemisk oxidationsreduktion av NB-molekyler på en enskild Ag-nanopartikel. Upplägget och protokollet som beskrivs här kan modifieras för att studera olika elektrokemiska reaktioner på enskilda nanopartiklar.

Introduction

Elektrokemi är en viktig mätvetenskap för att studera laddningsöverföring, laddningslagring, masstransport etc., med tillämpningar inom olika discipliner, inklusive biologi, kemi, fysik och teknik 1,2,3,4,5,6,7 . Konventionellt involverar elektrokemi mätningar över en ensemble – en stor samling enskilda enheter som molekyler, kristallina domäner, nanopartiklar och ytplatser. Att förstå hur sådana enskilda enheter bidrar till ensemble-genomsnittliga svar är dock nyckeln till att få fram nya grundläggande och mekanistiska förståelser inom kemi och relaterade områden på grund av heterogeniteten hos elektrodytor i komplexa elektrokemiska miljöer 8,9. Till exempel har ensemblereduktion avslöjat platsspecifika reduktions-/oxidationspotentialer10, bildandet av intermediärer och mindre katalysprodukter 11, platsspecifik reaktionskinetik 12,13 och laddningsbärardynamik 14,15. Att minska ensemblemedelvärdet är särskilt viktigt för att förbättra vår förståelse bortom modellsystem till tillämpade system, såsom biologiska celler, elektrokatalys och batterier, där omfattande heterogenitet ofta finns 16,17,18,19,20,21,22.

Under det senaste decenniet eller så har det uppstått tekniker för att studera elektrokemi med en enhet 1,2,9,10,11,12. Dessa elektrokemiska mätningar har gett möjlighet att mäta små elektriska och joniska strömmar i flera system och avslöjade nya grundläggande kemiska och fysiska egenskaper 23,24,25,26,27,28. Elektrokemiska mätningar ger dock inte information om identiteten eller strukturen hos molekyler eller intermediärer vid elektrodytan 29,30,31,32. Kemisk information vid elektrod-elektrolytgränssnittet är central för att förstå elektrokemiska reaktioner. Gränsskiktskemisk kunskap erhålls typiskt genom att koppla elektrokemi med spektroskopi31,32. Vibrationsspektroskopi, såsom Ramanspridning, är väl lämpad för att ge kompletterande kemisk information om laddningsöverföring och relaterade händelser i elektrokemiska system som huvudsakligen använder, men inte är begränsade till, vattenhaltiga lösningsmedel30. Tillsammans med mikroskopi ger Raman-spridningsspektroskopi rumslig upplösning ner till diffraktionsgränsen för ljus33,34. Diffraktion utgör dock en begränsning eftersom nanopartiklar och aktiva ytplatser är mindre långa än optiska diffraktionsgränser, vilket således utesluter studier av enskilda enheter35.

Ytförstärkt Ramanspridning (SERS) har visat sig vara ett kraftfullt verktyg för att studera gränssnittskemi i elektrokemiska reaktioner 20,30,36,37,38. Förutom att tillhandahålla vibrationslägen för reaktantmolekyler, lösningsmedelsmolekyler, tillsatser och ytkemi för elektroder, tillhandahåller SERS en signal som är lokaliserad till ytan av material som stöder kollektiva ytelektronoscillationer, kända som lokaliserade ytplasmonresonanser. Excitationen av plasmonresonanser leder till koncentrationen av elektromagnetisk strålning vid metallens yta, vilket ökar både ljusflödet till och Raman-spridningen från ytadsorbater. Nanostrukturerade ädelmetaller som Ag och Au är vanliga plasmoniska material eftersom de stöder synliga ljusplasmonresonanser, vilket är önskvärt för att detektera emission med mycket känsliga och effektiva laddningskopplade enheter. Även om de största förbättringarna i SERS kommer från aggregat av nanopartiklar39,40, har ett nytt SERS-substrat utvecklats som möjliggör SERS-mätningar från enskilda nanopartiklar: gap-mode SERS-substrat (figur 1) 41,42. I gap-mode SERS-substrat tillverkas en metallspegel och beläggs med en analyt. Därefter sprids nanopartiklar över substratet. Vid bestrålning med cirkulärt polariserat laserljus exciteras en dipol plasmonresonans bildad genom kopplingen av nanopartikeln och substratet, vilket möjliggör SERS-mätningar på enskilda nanopartiklar. SERS-emission är kopplad till den dipolära plasmonresonansen43,44,45, som är orienterad längs den optiska axeln. Med den parallella inriktningen av den utstrålande elektriska dipolen och uppsamlingsoptiken samlas endast högvinkelemission, vilket bildar distinkta munkformade emissionsmönster46,47,48,49 och möjliggör identifiering av enskilda nanopartiklar. Aggregat av nanopartiklar på substratet innehåller strålande dipoler som inte är parallella med den optiska axeln50. I det senare fallet samlas lågvinkel- och högvinkelutsläpp in och bildar fasta emissionsmönster46.

Här beskriver vi ett protokoll för tillverkning av gap-mode SERS-substrat och ett förfarande för att använda dem som arbetselektroder för att övervaka elektrokemiska redoxhändelser på enstaka Ag-nanopartiklar med SERS. Viktigt är att protokollet som använder gap-mode SERS-substrat möjliggör entydig identifiering av enskilda nanopartiklar genom SERS-avbildning, vilket är en viktig utmaning för nuvarande metoder inom elektrokemi med en nanopartikel. Som modellsystem demonstrerar vi användningen av SERS för att ge en avläsning av den elektrokemiska reduktionen och oxidationen av Nile Blue A (NB) på en enda Ag-nanopartikel som drivs av en skanning eller stegad potential (dvs. cyklisk voltametri, kronoamperometri). NB genomgår en multiproton, multielektronreduktion/oxidationsreaktion där dess elektroniska struktur moduleras ur/i resonans med excitationskällan, vilket ger en kontrast i motsvarande SERS-spektra 10,51,52. Protokollet som beskrivs här är också tillämpligt på icke-resonanta redoxaktiva molekyler och elektrokemiska tekniker, vilket kan vara relevant för tillämpningar som elektrokatalys.

Protocol

1. Gap-mode SERS-substratberedning Rengör täckglas nr 1 (se materialförteckning) med aceton och vattentvätt, enligt beskrivningen nedan. Utför detta steg i ett renrum för att säkerställa att inget skräp eller annat oönskat material deponeras på täckglasen.Placera täckglasen i ett glidställ. Använd pincett när du flyttar täckglasen/underlagen. Placera glidstället i en glasbehållare och fyll den med aceton.VARNING: Aceton är mycket brandfarligt och…

Representative Results

Figur 2A visar Ag-tunnfilmssubstrat framställda med användning av ett elektronstrålemetallavsättningssystem. Det “goda” substratet som visas i figur 2A har en homogen täckning av Ag-metall över glastäcket, medan det “dåliga” substratet har en ojämn täckning av Ag. Det ultravioletta synliga spektrumet för den “goda” Ag-tunnfilmen visas i figur 2B, vilket visar att filmen är delvis transparent för den synliga delen av det…

Discussion

Att deponera Cu- och Ag-tunna metallfilmer på rena täckglas är avgörande för att säkerställa att den slutliga filmen har en grovhet som inte är större än två till fyra atomlager (eller en rotmedelkvadratisk grovhet mindre än eller lika med cirka 0,7 nm). Damm, repor och skräp som finns på täckglaset före metallavsättning är vanliga problem som förhindrar tillverkning av den släta filmen som krävs för att producera munkformade emissionsmönster. Därför rekommenderas det att sonikera täckglasen i o…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av startfonder från University of Louisville och finansiering från Oak Ridge Associated Universities genom en Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award. Författarna tackar Dr. Ki-Hyun Cho för att ha skapat bilden i figur 1. Metallavsättningen och SEM utfördes vid Micro/Nano Technology Center vid 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