Com o desenvolvimento da técnica de Espalhamento Raman Intensificado por Superfície (SERS) nos últimos anos, a altíssima seletividade em relação à interface metálica torna viável o monitoramento in situ de reações promovidas por catálise heterogênea na superfície de metais nanoestruturados. Importantes parâmetros cinéticos e reacionais podem ser avaliados em tempo real via monitoramento in situ SERS na superfície de nanocatalisadores plasmônicos bifuncionais. Quando considerados mecanismos de excitação e decaimento de Ressonâncias de Plasmons de Superfície (SPR), processos dinâmicos de catálise (convencional ou plasmon-induzida) podem ser monitorados in situ por SERS, como consequência direta de mecanismos de decaimento radiativos (intensificação do campo local), e podem ser dirigidos na superfície do metal plasmônico como consequência de mecanismos não radiativos (transferência de carregadores excitados e/ou aquecimento local). O presente trabalho demonstra a preparação e caracterização de substratos bifuncionais catalíticos/SERSativos baseados em diferentes metais plasmônicos e, por vezes, aliados a catalisadores convencionais. O desempenho catalítico desses substratos é avaliado por meio da obtenção de informações vibracionais de adsorbatos moleculares, coletadas in situ durante processos dinâmicos de catálise, empregando-se a técnica SERS como ferramenta central no monitoramento de transformações químicas ocorrendo na superfície metálica. De maneira abrangente, os resultados abordados e discutidos demonstram o potencial de substratos bifuncionais catalíticos/SERS-ativos para a ativação, modulação e melhoramento de processos fotocatalíticos na superfície metálica e demonstram, ainda, como o monitoramento SERS in situ pode fornecer informações seletivas e valiosas para desvendar características singulares da superfície metálica, mecanismos e caminhos alternativos de reação, bem como aplicações inventivas de sistemas plasmônicos envolvendo espécies químicas de interesse ambiental. Os resultados abordados contribuem para o avanço do conhecimento na área de catálise plasmônica e espectroscopia SERS, bem como para o desenvolvimento de metodologias de monitoramento in situ de processos dinâmicos de catálise e suas aplicações.

Considered the development of the Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) technique in recent years, the extremely high selectivity in relation to metallic interfaces allows for the in situ monitoring of reactions promoted by heterogeneous catalysis on the surface of nanostructured metals. Important kinetic and reaction parameters can be evaluated in real time via in situ SERS monitoring on the surface of bifunctional plasmonic nanocatalysts. Taking into consideration the mechanisms of excitation and decay of Surface Plasmon Resonances (SPR), dynamic processes of catalysis (conventional or plasmon-induced) can be monitored in situ via SERS, as a direct consequence of the radiative decay of SPR (local field enhancement), and can be driven over the surface of plasmonic metals as a consequence of the non-radiative decay of SPR (hot charge transfer and/or local heating). The present work demonstrates the preparation and characterization of bifunctional catalytic/SERS-active substrates based on different plasmonic metals and, at times, combined with conventional catalysts. The catalytic performance of these substrates is evaluated by obtaining vibrational information of molecular adsorbates, collected in situ during dynamic processes of catalysis, using the SERS technique as a central monitoring tool during chemical processes occurring on the metallic surface. Comprehensively, the results discussed demonstrate the potential of bifunctional catalytic/SERS-active substrates for activating, modulating, and enhancing photocatalytic processes on the metallic surface and show how the in situ SERS monitoring can provide selective and valuable information to unveil unique characteristics of the metallic surface, control and modulate alternative reaction pathways, as well as inventive applications of plasmonic systems involving chemical species of environmental interest. The results discussed herein contributes to the fields of plasmonic catalysis and SERS spectroscopy, as well as the development of methodologies for in situ monitoring of dynamic processes of catalysis and future applications.