密度泛函紧致-紧凑方法捕获铝纳米晶体中等离子体驱动的 H$_2$ 分解
介观与纳米尺度物理
2025-04-29 v1
摘要
铝纳米晶体为等离子体光催化提供了前景平台，但由于计算限制，迄今为止对其电子动力学及随之而来的光催化性能缺乏深入理解。本文采用密度泛函紧致-紧凑方法（DFTB）研究含不同尺寸和几何形状的铝纳米晶体的光学特性和 H 分解动力学。我们的实时模拟揭示，铝独特的自由电子特性使其高效地实现光-物质相互作用并实现电子快速热化。直径从 0.5 到 4.5 nm 的立方体和八面体纳米晶体在紫外波段 exhibits size-dependent plasmon 共振，几何形状和电子结构引起显著谱特征差异。通过模拟 H 在铝纳米晶体附近的分解，我们展示了通过等离子体激发产生的热电子可在数十飞秒内克服分子强化学键。激光强度阈值相当于前述银纳米晶体的数值，尽管显著低于金纳米晶体。值得注意的是，在这些尺寸下，二极型等离子体模式对该反应的效率高于局域内带跃迁。综上所述，本工作为等离子体驱动催化提供了机理性见解，并展示了 DFTB 在前所未有的尺度和时间尺度上研究量子等离子体的能力。
引用
@article{arxiv.2502.07094,
title = {Density Functional Tight-Binding Captures Plasmon-Driven H$_2$ Dissociation on Al Nanocrystals},
author = {Nikhil S. Chellam and George C. Schatz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.07094},
year = {2025}
}