近日，我院凝聚态计算与理论物理研究所在等离激元光催化二氧化碳还原反应机理方面取得进展，相关成果以Indirect to Direct Charge Transfer Transition in Plasmon-Enabled CO₂ Photoreduction为题，发表在国际知名期刊《Advanced Science》上。论文第一作者为我院博士研究生张一民，通讯作者为我院郭海中教授、香港大学郭正晓教授、我院李顺方教授和中国科学院物理研究所孟胜研究员。

了解等离激元纳米材料及其吸附物之间的热载流子动力学，对于等离激元增强光电子过程如光催化、光学传感和光谱分析具有重要意义。然而，由于光电子的复杂路径和超快的相互作用动力学，通常很难确定特定过程的主导机制。虽然实验和理论上已经提出了等离激元诱导光催化的几种反应机制（如上图），但关键问题仍然存在：对于给定的系统，不同的机制是如何演化的？哪种机制实际上占主导地位？在什么条件下？在不同条件下，它们的相对贡献是什么？它们之间是否存在过渡，是否可以控制？理解这些问题是合理设计和控制电子转移途径以及开发高选择性和高效光催化剂的关键一步。

针对上述问题，以大家普遍关心的温室气体二氧化碳在不用形状和尺寸的银纳米团簇上还原为例，上述所有团队利用基于第一性的含时密度泛函理论（TDDFT）揭示了等离激元光还原二氧化碳反应过程中不同反应机制之间的共存，协同，转化以及相应的贡献（如左上图），进而发现了激光功率与反应速率之间的非线性关系（如右上图），打破了两者之间线性依赖的传统观念。该研究结果为二氧化碳光还原提供了新的观点，并且为高效等离激元光催化剂的设计提供了新思路。该工作得到了国家自然科学基金委，和中国科学院战略性先导科技专项(B)的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202102978