Broadband Absorption from Porous PES/Au Membranes for the Plasmon-enhanced Catalytic Reduction of 4-Nitrophenol

Abstract

Since the findings of surface plasmon resonance, scientists are interested in learning to manipulate the energy that comes from the enhanced electric field from the resonance phenomenon. Using the localized surface plasmon resonance (LSPR) scientist now learning to tune the plasmon absorption band by taking advantage of the aggregating nanoparticle. Taking this into account, an attempt on making a broadband absorptive photocatalyst system were done with a layer-by-layer (LbL) assembly of Au NPs and polyelectrolyte onto porous polyethersulfone (PES) membrane. Through the LbL, an extensive plasmon coupling of Au NPs leads into enhanced electric field and a broadband plasmonic absorption. By illumintaing the prepared PES/Au membrane with an artificial sunlight, LSPR effects toward 4-nitrophenol chemical reduction are being investigated. Through a comparison between variance of PES/Au composites in promoting the reduction rates, a slight increase on reaction rates was observed which might be contributed by the plasmonic photothermal effect.

표면 플라스몬 공명 현상의 발견 이래로, 연구자들은 공명 현상에 의한 전기장의 강화로부터 얻어지는 에너지를 제어하는 데에 관심을 기울여 왔다. 최근에는 국소 표면 플라스몬 공명(Localized surface plasmon resonance, LSPR)을 활용한 플라스몬 흡광대역의 조절 방안에 대한 탐색이 나노 입자의 응집 현상을 이용해 시도되고 있는 추세이다. 본 연구자는 이러한 점을 고려하여 금 나노입자와 고분자 전해질을 다공성의 polyethersulfone (PES) 멤브레인 상에 층상조립(layer-by-layer assembly)함으로서 광대역의 흡광 광촉매 시스템을 설계한 바 있다. 해당 시스템의 층상조립에 의한 금 나노입자의 광범위한 플라스몬 커플링이 더욱 강한 전기장과 광대역의 플라스몬 흡광을 이끌어냈다. 본 연구에서는 4-니트로페놀의 화학적 환원 반응에 대한 LSPR 효과를 제조된 PES/금 멤브레인 시스템에 인공 태양광을 조사함으로서 규명하였다. PES/금 복합체간 반응속도의 변화량의 비교함으로서 플라스몬 광열 효과에 의한 반응 속도의 증가가 확인되었다.