@article{SchuermannNagelJuergensenetal.2022,
  author    = {Sch{\"u}rmann, Robin and Nagel, Alessandro and Juergensen, Sabrina and Pathak, Anisha and Reich, Stephanie and Pacholski, Claudia and Bald, Ilko},
  title     = {Microscopic understanding of reaction rates observed in plasmon chemistry of nanoparticle-ligand systems},
  series = {The journal of physical chemistry : C, Nanomaterials and interfaces},
  volume    = {126},
  journal   = {The journal of physical chemistry : C, Nanomaterials and interfaces},
  number    = {11},
  publisher = {American Chemical Society},
  address   = {Washington},
  issn      = {1932-7447},
  doi       = {10.1021/acs.jpcc.2c00278},
  pages     = {5333 -- 5342},
  year      = {2022},
  abstract  = {Surface-enhanced Raman scattering (SERS) is an effective and widely used technique to study chemical reactions induced or catalyzed by plasmonic substrates, since the experimental setup allows us to trigger and track the reaction simultaneously and identify the products. However, on substrates with plasmonic hotspots, the total signal mainly originates from these nanoscopic volumes with high reactivity and the information about the overall consumption remains obscure in SERS measurements. This has important implications; for example, the apparent reaction order in SERS measurements does not correlate with the real reaction order, whereas the apparent reaction rates are proportional to the real reaction rates as demonstrated by finite-difference time-domain (FDTD) simulations. We determined the electric field enhancement distribution of a gold nanoparticle (AuNP) monolayer and calculated the SERS intensities in light-driven reactions in an adsorbed self-assembled molecular monolayer on the AuNP surface. Accordingly, even if a high conversion is observed in SERS due to the high reactivity in the hotspots, most of the adsorbed molecules on the AuNP surface remain unreacted. The theoretical findings are compared with the hot-electron-induced dehalogenation of 4-bromothiophenol, indicating a time dependency of the hot-carrier concentration in plasmon-mediated reactions. To fit the kinetics of plasmon-mediated reactions in plasmonic hotspots, fractal-like kinetics are well suited to account for the inhomogeneity of reactive sites on the substrates, whereas also modified standard kinetics model allows equally well fits. The outcomes of this study are on the one hand essential to derive a mechanistic understanding of reactions on plasmonic substrates by SERS measurements and on the other hand to drive plasmonic reactions with high local precision and facilitate the engineering of chemistry on a nanoscale.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nagel2023,
  author    = {Nagel, Alessandro},
  title     = {Energie induzierte Nanopartikel-Substrat Interaktionen},
  doi       = {10.25932/publishup-59639},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-596396},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {IV, 251},
  year      = {2023},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden Energie induzierte Nanopartikel-Substrat Interaktionen untersucht. Dazu wurden Goldnanopartikelanordnungen (AuNPA) auf verschiedenen Silizium-basierten Substraten hergestellt und der Einfluss eines Energieeintrages, genauer gesagt einer thermischen Behandlung oder des Metall-assistierten chemischen {\"A}tzens (MaCE) getestet. Die Nanopartikelanordnungen, welche f{\"u}r die thermische Behandlung eingesetzt wurden, wurden nass-chemisch in Toluol synthetisiert, mit Thiol-terminiertem Polystyrol funktionalisiert und mittels Schleuderbeschichtung auf verschiedenen Substraten (drei Gl{\"a}ser und ein Siliziumwafer) in quasi-hexagonalen Mustern angeordnet. Diese AuNP-Anordnungen wurden mit Temperaturen zwischen 475 °C - 792 °C {\"u}ber verschiedene Zeitr{\"a}ume thermisch behandelt. Generell sanken die Nanopartikel in die Substrate ein, und es wurde festgestellt, dass mit Erh{\"o}hung der Glas{\"u}bergangstemperatur der Substrate die Einsinktiefe der Nanopartikel abnahm. Die AuNPA auf Siliziumwafern wurden auf Temperaturen von 700 °C - 900 °C erhitzt. Die Goldnanopartikel sanken dabei bis zu 2,5 nm in das Si-Substrat ein. Ein Sintern der Nanopartikel fand ab einer Temperatur {\"u}ber 660 °C statt. Welcher Sintermechanismus der dominante ist konnte abschließend nicht eindeutig gekl{\"a}rt werden. F{\"u}r die Untersuchung des Einflusses des zweiten Energieeintrages mittels MaCE wurden AuNPA sowie Goldkern-Silberschale-Anordnungen auf Siliziumsubstraten genutzt. Die AuNPA wurden mit Hilfe von Poly-N-Isopropylacrylamid Mikrogelen und Natriumcitrat-stabilisierten Goldnanopartikeln (Na-AuNP) bzw. Tetrachloridogolds{\"a}ure (TCG) pr{\"a}pariert. Es ergaben sich Nanopartikelanordnungen mit hemisph{\"a}rischen Partikeln (aus Na-AuNP) und zum anderen Nanopartikelanordnungen mit sph{\"a}rischen Partikeln (aus TCG). Durch eine anschließende Silberwachstumsreaktion konnten dann die dazugeh{\"o}rigen Goldkern-Silberschale Nanopartikelanordnungen erhalten werden. Beim MaCE konnten signifikante Unterschiede im Verhalten dieser vier Nanopartikelanordnungen festgestellt werden, z.B. mussten bei den hemisph{\"a}rischen Partikelanordnungen h{\"o}here Wasserstoffperoxidkonzentrationen (0,70 M - 0,91 M) als bei den sph{\"a}rischen Partikelanordnungen (0,08 M - 0,32 M) f{\"u}r das {\"A}tzen eingesetzt werden, um ein Einsinken der Nanopartikel in das Substrat zu erreichen.},
  language  = {de}
}