等離子體共振效應

（接前文：把實驗結果告訴朱老師）

在朱老師的工作中，納米金的光催化特性與金納米顆粒在可見光區域的等離子體共振效應相關。可是，等離子體共振效應究竟是怎麼回事，我還不太明白。記得上次朱老師在我們組時，我曾問過他等離子體共振效應怎麼測量。他說，測紫外可見吸收光譜就可以。如果有共振效應的話，在紫外可見吸收譜上會出現一個明顯的吸收峰。正好我們組就有紫外可見吸收光譜儀，於是讓郭曉寧趕緊測一下。

我們很快就要和「等離子體共振效應」頻繁打交道了，可是我對什麼是等離子體共振還幾乎一無所知。我覺得對於這個新鮮玩意兒，得多了解一些相關知識。要不然，給別人介紹工作的時候，人家問什麼是等離子體共振效應，恐怕就要丟人現眼了。好在現在網路很發達，從網上一搜，什麼都有。維基百科上是這樣介紹的：等離子體共振是固體或液體表面的電子在入射光激發下產生的一種集體共振。具體地講，束縛在表面原子中的電子有一個固有的振動頻率，如果入射光的頻率和這個固有頻率接近的話，表面電子就會發生共振。對於金、銀、銅的納米顆粒來說，表面電子的固有振動頻率在可見光範圍，因此在可見光照射下就可以發生共振。通過共振，光子的能量傳遞給納米顆粒表面的電子。這些高能量的電子，可以激活吸附在納米顆粒表面的化學物質，使其發生化學反應。

（等離子共振效應示意圖：光照下銅（Cu）納米顆粒中的電子由自由運動變為步調一致的振動）

這使我想起高中物理課上學共振時，看過的一個故事。說有一隊法國士兵齊步過橋時，由於步伐太整齊，引起了大橋共振，結果造成了橋毀人亡的慘劇。納米顆粒在入射光作用下產生等離子體共振的本質，其實和法軍過橋差不多。自然規律在差別如此巨大的尺度上發揮著完全相同的作用，我們不得不驚嘆科學的神奇！

郭曉寧的紫外可見結果很快就出來了。我看了一下，的確在560納米處有個吸收峰。這個小小的吸收峰難道就是傳說中的等離子體共振吸收？我得確認一下。墨菲定律說，你覺得沒人做過的事情一定有人已經做過。既然朱老師都說，銅納米顆粒有等離子體共振效應，那就肯定有人做過。

我從網上搜了一下，果真找到幾篇文章。我先讀了一篇發表在《物理學報》上的中文文章（2009, 58: 2599），原因不說想必你也知道。那篇文章先用重離子束刻蝕雲母片形成納米孔道，然後用電化學沉積方法在孔道中形成銅納米線，發現直徑30納米的銅納米線在570納米處有共振吸收。這個結果跟我們的非常接近，幾乎可以確定無疑地證明，我們觀察到的吸收峰就是由於銅納米顆粒在可見光照射下的等離子體共振效應引起的。另外，文章中用那麼複雜的方法製備銅納米線，似乎也暗示納米銅具有強烈的化學不穩定性。這也可以增加我們工作的重要性。

光有一篇文獻，而且還是中文文獻的支持，顯然不夠。我又繼續找，發現了一篇發表在Journal of MaterialsChemistry上的文章（2012, 22: 22418）。這篇文章說，銅納米顆粒非常不穩定，通常需要表面活性劑保護。他們製備了不含表面活性劑的銅納米顆粒懸浮液，並給出了紫外可見吸收譜圖。從圖上可以清楚地看到，在580納米處有一個非常明顯的吸收峰。由於影響共振吸收的因素很多，例如顆粒大小、形狀、所處環境等都可能影響峰位置，因此我更加相信我們的銅/石墨烯催化劑在560納米處的吸收是由於等離子體共振產生的吸收峰了。

（文獻中Cu納米顆粒的紫外可見吸收光譜）

朱老師不時給我發一些跟納米銅光催化有關的文章，提示我們要加快工作進度。我也在剛剛出版的SCIENCE雜誌（2013年3月29日）上看到一篇文章，題目叫「Tuning Selectivity inPropylene Epoxidation by Plasmon Mediated Photo-Switching of Cu Oxidation State」，作者是美國密西根大學的林尼克教授。文中說，銅納米顆粒容易氧化限制了其作為商業催化劑在丙烯環氧化反應中的應用，但用紫外可見光照射可將銅氧化物還原為金屬態納米銅，從而表現出穩定的丙烯環氧化催化性能。林尼克可是光催化界的大牛人，要是他知道石墨烯可穩定銅納米顆粒的話，依照美國人的作風，很快就會完成相關實驗並將論文發表到SCIENCE上。

看到這裡，我再也坐不住了，趕緊過去問郭曉寧的實驗進行得怎麼樣了。

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