近日，我校化学与分子工程学院王灵芝教授团队在国际知名期刊Chem. Soc. Rev.上发表了题为“Recent Progress in SERS Monitoring of Photocatalytic Reactions”的内封面综述论文。
光催化反应过程包括光子吸收和转化、光诱导载流子的分离和迁移、表面自由基和中间体的形成和演变。深入了解这些关键过程对于合理设计光催化体系至关重要。然而，光生载流子的生成和演变通常仅持续飞秒到皮秒级别，导致效率低且选择性调控困难。光催化剂表面存在许多转瞬即逝的、与反应路径息息相关的微量物种，这些物种的捕获与识别需要原位、实时的跟踪技术。虽然已有多种原位、实时表征手段被应用于载流子及其衍生物种的分析，但大多难以实现在真实反应体系中的原位工况条件下的实时监控。
表面增强拉曼散射（SERS）是一种高灵敏的表/界面分子和官能团分析检测技术，可实现气、固、液不同体系的无损检测，并避免了红外光谱中来自水和羟基的常见干扰。传统的SERS检测主要依赖于在可见光区具有强等离子共振效应的Au、Ag基底，虽然灵敏度高，但受到稳定性、循环使用性和价格等因素的限制。近年来，含贵金属的复合材料，如贵金属/半导体以及高灵敏的非贵金属基底，如金属氧化物、金属有机框架材料、石墨烯等，得到了蓬勃的发展。这些材料同时也是常见的光催化体系。通过SERS/光催化体系的相互关联，我们可以通过SERS光谱实时、原位自监测光催化剂表面瞬时、低浓度的表面物种的形成和演变。这为我们提供了在真实工况条件下获取复杂光催化过程中传统低敏手段难以获得的重要信息的机会。
综述文章详细分析了近年来利用SERS实现光催化过程原位、实时监控的相关研究进展，包括光催化反应SERS监控原理、SERS的优势以及目前存在的挑战。重点讨论了如何利用SERS阐明光催化过程的关键信息，包括周围介质对热催化载流子提取的影响、电荷载流子跃迁和转移的方向、光催化活化途径以及区分光热效应和热电子贡献。文章还探讨了尖端增强拉曼光谱（TERS）由于能够实现高空间分辨率测量而带来的好处。
该论文的共同第一作者为博士研究生郑欣璐和特聘副研究员叶子纬，通讯作者为王灵芝教授。该项工作得到了欧洲科学院外籍院士张金龙教授的大力支持，并得到了材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及上海市科委的资金支持。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D3CS00462G
