Слежение за электрохимией на одиночных наночастицах с помощью спектроскопии и микроскопии комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением

Изучение электрохимических реакций на отдельных наночастицах важно для понимания гетерогенных характеристик отдельных наночастиц. Эта наноразмерная гетерогенность остается скрытой во время усредненной ансамблевой характеристики наночастиц. Электрохимические методы были разработаны для измерения токов от отдельных наночастиц, но не дают информации о структуре и идентичности молекул, которые подвергаются реакциям на поверхности электрода. Оптические методы, такие как поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS), микроскопия и спектроскопия, могут обнаруживать электрохимические события на отдельных наночастицах, одновременно предоставляя информацию о колебательных модах частиц поверхности электродов. В этой статье продемонстрирован протокол для отслеживания электрохимического окисления-восстановления нильского синего (NB) на одиночных наночастицах Ag с использованием микроскопии и спектроскопии SERS. Во-первых, подробно описан протокол изготовления наночастиц Ag на гладкой и полупрозрачной пленке Ag. Между одной наночастицей Ag и пленкой Ag образуется диполярная плазмонная мода, выровненная вдоль оптической оси. Излучение SERS от NB, закрепленное между наночастицей и пленкой, соединяется в плазмонную моду, а излучение под большим углом собирается объективом микроскопа для формирования картины излучения в форме пончика. Эти образы излучения SERS в форме пончика позволяют однозначно идентифицировать отдельные наночастицы на подложке, из которых могут быть собраны спектры SERS. В данной работе предложен способ использования подложки SERS в качестве рабочего электрода в электрохимической ячейке, совместимой с инвертированным оптическим микроскопом. Наконец, показано отслеживание электрохимического окисления-восстановления молекул NB на отдельной наночастице Ag. Описанная здесь установка и протокол могут быть модифицированы для изучения различных электрохимических реакций на отдельных наночастицах.