Plasmon-driven photocatalysis has emerged as a paradigm-shifting approach, based on which the energy of photons can be judiciously harnessed to trigger interfacial molecular transformations on metallic nanostructure surfaces in a regioselective manner with nanoscale precision. Over the past decade, the formation of aromatic azo compounds through plasmon-driven oxidative coupling of thiolated aniline-derivative adsorbates has become a testbed for developing detailed mechanistic understanding of plasmon-mediated photochemistry. Such photocatalytic bimolecular coupling reactions may occur not only between thiolated aniline-derivative adsorbates but also between their nonthiolated analogs. How the nonthiolated adsorbates behave differently from their thiolated counterparts during the plasmon-driven coupling reactions, however, remains largely unexplored. Here, we systematically compare an alkynylated aniline-derivative, para-ethynylaniline, to its thiolated counterpart, para-mercaptoaniline, in terms of their adsorption conformations, structural flexibility, photochemical reactivity, and transforming kinetics on Ag nanophotocatalyst surfaces. We employ surface-enhanced Raman scattering as an in situ spectroscopic tool to track the detailed structural evolution of the transforming molecular adsorbates in real time during the plasmon-driven coupling reactions. Rigorous analysis of the spectroscopic results, further aided by density functional theory calculations, lays an insightful knowledge foundation that enables us to elucidate how the alteration of the chemical nature of metal–adsorbate interactions profoundly influences the transforming behaviors of the molecular adsorbates during plasmon-driven photocatalytic reactions.

1.
M. L.
Brongersma
,
N. J.
Halas
, and
P.
Nordlander
,
Nat. Nanotechnol.
10
(
1
),
25
(
2015
).
2.
M. J.
Kale
,
T.
Avanesian
, and
P.
Christopher
,
ACS Catal.
4
(
1
),
116
(
2014
).
3.
S.
Linic
,
U.
Aslam
,
C.
Boerigter
, and
M.
Morabito
,
Nat. Mater.
14
(
6
),
567
(
2015
).
4.
A. O.
Govorov
,
H.
Zhang
,
H. V.
Demir
, and
Y. K.
Gun’ko
,
Nano Today
9
(
1
),
85
(
2014
).
5.
P.
Christopher
and
M.
Moskovits
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
68
,
379
(
2017
).
6.
J.
Gargiulo
,
R.
Berté
,
Y.
Li
,
S. A.
Maier
, and
E.
Cortés
,
Acc. Chem. Res.
52
(
9
),
2525
(
2019
).
7.
E.
Kazuma
and
Y.
Kim
,
Angew. Chem., Int. Ed.
58
(
15
),
4800
(
2019
).
8.
Z.
Zhang
,
C.
Zhang
,
H.
Zheng
, and
H.
Xu
,
Acc. Chem. Res.
52
(
9
),
2506
(
2019
).
9.
I.
Kherbouche
,
Y.
Luo
,
N.
Félidj
, and
C.
Mangeney
,
Chem. Mater.
32
(
13
),
5442
(
2020
).
10.
C.
Zhan
,
M.
Moskovits
, and
Z. Q.
Tian
,
Matter
3
(
1
),
42
(
2020
).
11.
A.
Gelle
,
T.
Jin
,
L.
de la Garza
,
G. D.
Price
,
L. V.
Besteiro
, and
A.
Moores
,
Chem. Rev.
120
(
2
),
986
(
2020
).
12.
Y.
Zhang
,
S.
He
,
W.
Guo
,
Y.
Hu
,
J.
Huang
,
J. R.
Mulcahy
, and
W. D.
Wei
,
Chem. Rev.
118
(
6
),
2927
(
2018
).
13.
E.
Kazuma
,
J.
Jung
,
H.
Ueba
,
M.
Trenary
, and
Y.
Kim
,
Science
360
(
6388
),
521
(
2018
).
14.
E.
Miliutina
,
O.
Guselnikova
,
N. S.
Soldatova
,
P.
Bainova
,
R.
Elashnikov
,
P.
Fitl
,
T.
Kurten
,
M. S.
Yusubov
,
V.
Švorčík
,
R. R.
Valiev
,
M. M.
Chehimi
,
O.
Lyutakov
, and
P. S.
Postnikov
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
(
14
),
5770
(
2020
).
15.
R.
Schürmann
and
I.
Bald
,
Nanoscale
9
(
5
),
1951
(
2017
).
16.
T. E.
Tesema
,
B.
Kafle
,
M. G.
Tadesse
, and
T. G.
Habteyes
,
J. Phys. Chem. C
121
(
13
),
7421
(
2017
).
17.
C.
Boerigter
,
R.
Campana
,
M.
Morabito
, and
S.
Linic
,
Nat. Commun.
7
,
10545
(
2016
).
18.
H.-K.
Choi
,
K. S.
Lee
,
H.-H.
Shin
, and
Z. H.
Kim
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
(
20
),
4099
(
2016
).
19.
P.
Christopher
,
H.
Xin
, and
S.
Linic
,
Nat. Chem.
3
(
6
),
467
(
2011
).
20.
S.
Mukherjee
,
F.
Libisch
,
N.
Large
,
O.
Neumann
,
L. V.
Brown
,
J.
Cheng
,
J. B.
Lassiter
,
E. A.
Carter
,
P.
Nordlander
, and
N. J.
Halas
,
Nano Lett.
13
(
1
),
240
(
2013
).
21.
W.
Xie
and
S.
Schlücker
,
Nat. Commun.
6
,
7570
(
2015
).
22.
Y.
Dubi
,
I. W.
Un
, and
Y.
Sivan
,
Chem. Sci.
11
(
19
),
5017
(
2020
).
23.
A. A.
Golubev
,
B. N.
Khlebtsov
,
R. D.
Rodriguez
,
Y.
Chen
, and
D. R. T.
Zahn
,
J. Phys. Chem. C
122
(
10
),
5657
(
2018
).
24.
F.
Wang
,
C.
Li
,
H.
Chen
,
R.
Jiang
,
L.-D.
Sun
,
Q.
Li
,
J.
Wang
,
J. C.
Yu
, and
C.-H.
Yan
,
J. Am. Chem. Soc.
135
(
15
),
5588
(
2013
).
25.
K.
Chen
and
H.
Wang
,
Mol. Syst. Des. Eng.
6
(
4
),
250
(
2021
).
26.
E.
Cortés
,
L. V.
Besteiro
,
A.
Alabastri
,
A.
Baldi
,
G.
Tagliabue
,
A.
Demetriadou
, and
P.
Narang
,
ACS Nano
14
(
12
),
16202
(
2020
).
27.
X.
Li
,
H. O.
Everitt
, and
J.
Liu
,
Nano Res.
13
(
5
),
1268
(
2020
).
28.
Y.
Sivan
,
J.
Baraban
,
I. W.
Un
, and
Y.
Dubi
,
Science
364
(
6439
),
eaaw9367
(
2019
).
29.
T. E.
Tesema
,
B.
Kafle
, and
T. G.
Habteyes
,
J. Phys. Chem. C
123
(
14
),
8469
(
2019
).
30.
X.
Zhang
,
X.
Li
,
M. E.
Reish
,
D.
Zhang
,
N. Q.
Su
,
Y.
Gutiérrez
,
F.
Moreno
,
W.
Yang
,
H. O.
Everitt
, and
J.
Liu
,
Nano Lett.
18
(
3
),
1714
(
2018
).
31.
L. A.
Zhou
,
D. F.
Swearer
,
C.
Zhang
,
H.
Robatjazi
,
H. Q.
Zhao
,
L.
Henderson
,
L. L.
Dong
,
P.
Christopher
,
E. A.
Carter
,
P.
Nordlander
, and
N. J.
Halas
,
Science
362
(
6410
),
69
(
2018
).
32.
K.
Kneipp
,
H.
Kneipp
,
I.
Itzkan
,
R. R.
Dasari
, and
M. S.
Feld
,
Chem. Rev.
99
(
10
),
2957
(
1999
).
33.
J.
Langer
,
D.
Jimenez de Aberasturi
,
J.
Aizpurua
,
R. A.
Alvarez-Puebla
,
B.
Auguié
,
J. J.
Baumberg
,
G. C.
Bazan
,
S. E. J.
Bell
,
A.
Boisen
,
A. G.
Brolo
,
J.
Choo
,
D.
Cialla-May
,
V.
Deckert
,
L.
Fabris
,
K.
Faulds
,
F. J.
García de Abajo
,
R.
Goodacre
,
D.
Graham
,
A. J.
Haes
,
C. L.
Haynes
,
C.
Huck
,
T.
Itoh
,
M.
Käll
,
J.
Kneipp
,
N. A.
Kotov
,
H.
Kuang
,
E. C.
Le Ru
,
H. K.
Lee
,
J.-F.
Li
,
X. Y.
Ling
,
S. A.
Maier
,
T.
Mayerhöfer
,
M.
Moskovits
,
K.
Murakoshi
,
J.-M.
Nam
,
S.
Nie
,
Y.
Ozaki
,
I.
Pastoriza-Santos
,
J.
Perez-Juste
,
J.
Popp
,
A.
Pucci
,
S.
Reich
,
B.
Ren
,
G. C.
Schatz
,
T.
Shegai
,
S.
Schlücker
,
L.-L.
Tay
,
K. G.
Thomas
,
Z.-Q.
Tian
,
R. P.
Van Duyne
,
T.
Vo-Dinh
,
Y.
Wang
,
K. A.
Willets
,
C.
Xu
,
H.
Xu
,
Y.
Xu
,
Y. S.
Yamamoto
,
B.
Zhao
, and
L. M.
Liz-Marzán
,
ACS Nano
14
(
1
),
28
(
2020
).
34.
B.
Sharma
,
R. R.
Frontiera
,
A. I.
Henry
,
E.
Ringe
, and
R. P.
Van Duyne
,
Mater. Today
15
(
1-2
),
16
(
2012
).
35.
S. Y.
Ding
,
J.
Yi
,
J. F.
Li
,
B.
Ren
,
D. Y.
Wu
,
R.
Panneerselvam
, and
Z. Q.
Tian
,
Nat. Rev. Mater.
1
(
6
),
16021
(
2016
).
36.
R. M.
Stockle
,
Y. D.
Suh
,
V.
Deckert
, and
R.
Zenobi
,
Chem. Phys. Lett.
318
(
1-3
),
131
(
2000
).
37.
R.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
Z. C.
Dong
,
S.
Jiang
,
C.
Zhang
,
L. G.
Chen
,
L.
Zhang
,
Y.
Liao
,
J.
Aizpurua
,
Y.
Luo
,
J. L.
Yang
, and
J. G.
Hou
,
Nature
498
(
7452
),
82
(
2013
).
38.
A. B.
Zrimsek
,
N. H.
Chiang
,
M.
Mattei
,
S.
Zaleski
,
M. O.
McAnally
,
C. T.
Chapman
,
A. I.
Henry
,
G. C.
Schatz
, and
R. P.
Van Duyne
,
Chem. Rev.
117
(
11
),
7583
(
2017
).
39.
C.
Zhan
,
X.-J.
Chen
,
Y.-F.
Huang
,
D.-Y.
Wu
, and
Z.-Q.
Tian
,
Acc. Chem. Res.
52
(
10
),
2784
(
2019
).
40.
S.
Schlücker
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
(
19
),
4756
(
2014
).
41.
E. M.
van Schrojenstein Lantman
,
T.
Deckert-Gaudig
,
A. J. G.
Mank
,
V.
Deckert
, and
B. M.
Weckhuysen
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
9
),
583
(
2012
).
42.
X. J.
Chen
,
G.
Cabello
,
D. Y.
Wu
, and
Z. Q.
Tian
,
J. Photochem. Photobiol. C
21
,
54
(
2014
).
43.
H.-K.
Choi
,
W.-H.
Park
,
C.-G.
Park
,
H.-H.
Shin
,
K. S.
Lee
, and
Z. H.
Kim
,
J. Am. Chem. Soc.
138
(
13
),
4673
(
2016
).
44.
M.
Osawa
,
N.
Matsuda
,
K.
Yoshii
, and
I.
Uchida
,
J. Phys. Chem.
98
(
48
),
12702
(
1994
).
45.
X. M.
Yang
,
D. A.
Tryk
,
K.
Ajito
,
K.
Hashimoto
, and
A.
Fujishima
,
Langmuir
12
(
23
),
5525
(
1996
).
46.
X. M.
Yang
,
D. A.
Tryk
,
K.
Hashimoto
, and
A.
Fujishima
,
J. Raman Spectrosc.
29
(
8
),
725
(
1998
).
47.
Y.
Huang
,
Y.
Fang
,
Z.
Yang
, and
M.
Sun
,
J. Phys. Chem. C
114
(
42
),
18263
(
2010
).
48.
H.-K.
Choi
,
H. K.
Shon
,
H.
Yu
,
T. G.
Lee
, and
Z. H.
Kim
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
(
7
),
1079
(
2013
).
49.
Y.
Fang
,
Y.
Li
,
H.
Xu
, and
M.
Sun
,
Langmuir
26
(
11
),
7737
(
2010
).
50.
K.
Kim
,
K. L.
Kim
,
D.
Shin
,
J.-Y.
Choi
, and
K. S.
Shin
,
J. Phys. Chem. C
116
(
7
),
4774
(
2012
).
51.
D.-Y.
Wu
,
X.-M.
Liu
,
Y.-F.
Huang
,
B.
Ren
,
X.
Xu
, and
Z.-Q.
Tian
,
J. Phys. Chem. C
113
(
42
),
18212
(
2009
).
52.
Y.-F.
Huang
,
H.-P.
Zhu
,
G.-K.
Liu
,
D.-Y.
Wu
,
B.
Ren
, and
Z.-Q.
Tian
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
27
),
9244
(
2010
).
53.
P.
Xu
,
L.
Kang
,
N. H.
Mack
,
K. S.
Schanze
,
X.
Han
, and
H.-L.
Wang
,
Sci. Rep.
3
,
2997
(
2013
).
54.
M.
Sun
,
Y.
Huang
,
L.
Xia
,
X.
Chen
, and
H.
Xu
,
J. Phys. Chem. C
115
(
19
),
9629
(
2011
).
55.
N.
Takeyasu
,
R.
Kagawa
,
K.
Sakata
, and
T.
Kaneta
,
J. Phys. Chem. C
120
(
22
),
12163
(
2016
).
56.
Y.-F.
Huang
,
M.
Zhang
,
L.-B.
Zhao
,
J.-M.
Feng
,
D.-Y.
Wu
,
B.
Ren
, and
Z.-Q.
Tian
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
(
9
),
2353
(
2014
).
57.
J.
Chu
,
P.
Miao
,
X.
Han
,
Y.
Du
,
X.
Wang
,
B.
Song
, and
P.
Xu
,
ChemCatChem
8
(
10
),
1819
(
2016
).
58.
C.
Zhan
,
Z.-Y.
Wang
,
X.-G.
Zhang
,
X.-J.
Chen
,
Y.-F.
Huang
,
S.
Hu
,
J.-F.
Li
,
D.-Y.
Wu
,
M.
Moskovits
, and
Z.-Q.
Tian
,
J. Am. Chem. Soc.
141
(
20
),
8053
(
2019
).
59.
L.-B.
Zhao
,
M.
Zhang
,
Y.-F.
Huang
,
C. T.
Williams
,
D.-Y.
Wu
,
B.
Ren
, and
Z.-Q.
Tian
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
(
7
),
1259
(
2014
).
60.
Q.
Zhang
and
H.
Wang
,
J. Phys. Chem. C
122
(
10
),
5686
(
2018
).
61.
J.-J.
Sun
,
H.-S.
Su
,
H.-L.
Yue
,
S.-C.
Huang
,
T.-X.
Huang
,
S.
Hu
,
M. M.
Sartin
,
J.
Cheng
, and
B.
Ren
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
(
10
),
2306
(
2019
).
62.
W.
Koopman
,
E.
Titov
,
R. M.
Sarhan
,
T.
Gaebel
,
R.
Schurmann
,
A.
Mostafa
,
S.
Kogikoski
,
F.
Stete
,
F.
Liebig
,
C. N. Z.
Schmitt
,
J.
Koetz
,
I.
Bald
,
P.
Saalfrank
,
M.
Bargheer
, and
A. R.
Milosavjevio
,
Adv. Mater. Interfaces
8
(
22
),
2101344
(
2021
).
63.
Z.-F.
Cai
,
J. P.
Merino
,
W.
Fang
,
N.
Kumar
,
J. O.
Richardson
,
S.
De Feyter
, and
R.
Zenobi
,
J. Am. Chem. Soc.
144
(
1
),
538
(
2022
).
64.
J.
Pinson
and
F.
Podvorica
,
Chem. Soc. Rev.
34
(
5
),
429
(
2005
).
65.
C.
Cao
,
Y.
Zhang
,
C.
Jiang
,
M.
Qi
, and
G.
Liu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
(
6
),
5031
(
2017
).
66.
J. K.
Kariuki
and
M. T.
McDermott
,
Langmuir
17
(
19
),
5947
(
2001
).
67.
L.
Laurentius
,
S. R.
Stoyanov
,
S.
Gusarov
,
A.
Kovalenko
,
R.
Du
,
G. P.
Lopinski
, and
M. T.
McDermott
,
ACS Nano
5
(
5
),
4219
(
2011
).
68.
A. A.
Mohamed
,
Z.
Salmi
,
S. A.
Dahoumane
,
A.
Mekki
,
B.
Carbonnier
, and
M. M.
Chehimi
,
Adv. Colloid Interface Sci.
225
,
16
(
2015
).
69.
A.
Mesnage
,
X.
Lefevre
,
P.
Jegou
,
G.
Deniau
, and
S.
Palacin
,
Langmuir
28
(
32
),
11776
(
2012
).
70.
R.
Ahmad
,
L.
Boubekeur-Lecaque
,
M.
Nguyen
,
S.
Lau-Truong
,
A.
Lamouri
,
P.
Decorse
,
A.
Galtayries
,
J.
Pinson
,
N.
Felidj
, and
C.
Mangeney
,
J. Phys. Chem. C
118
(
33
),
19098
(
2014
).
71.
X.
Han
,
H. K.
Lee
,
Y. H.
Lee
,
W.
Hao
,
Y.
Liu
,
I. Y.
Phang
,
S.
Li
, and
X. Y.
Ling
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
(
8
),
1501
(
2016
).
72.
S. A.
Swanson
,
R.
McClain
,
K. S.
Lovejoy
,
N. B.
Alamdari
,
J. S.
Hamilton
, and
J. C.
Scott
,
Langmuir
21
(
11
),
5034
(
2005
).
73.
J. J.
Stapleton
,
T. A.
Daniel
,
S.
Uppili
,
O. M.
Cabarcos
,
J.
Naciri
,
R.
Shashidhar
, and
D. L.
Allara
,
Langmuir
21
(
24
),
11061
(
2005
).
74.
S.-W.
Joo
,
W.-J.
Kim
,
W. S.
Yoon
, and
I. S.
Choi
,
J. Raman Spectrosc.
34
(
4
),
271
(
2003
).
75.
J. I.
Henderson
,
S.
Feng
,
G. M.
Ferrence
,
T.
Bein
, and
C. P.
Kubiak
,
Inorg. Chim. Acta
242
(
1-2
),
115
(
1996
).
76.
S.
Shi
,
Y.
Zhang
,
J.
Ahn
, and
D.
Qin
,
Chem. Sci.
11
(
41
),
11214
(
2020
).
77.
J.
Ahn
,
S.
Shi
,
B.
Vannatter
, and
D.
Qin
,
J. Phys. Chem. C
123
(
35
),
21571
(
2019
).
78.
C. M.
Crudden
,
J. H.
Horton
,
I. I.
Ebralidze
,
O. V.
Zenkina
,
A. B.
McLean
,
B.
Drevniok
,
Z.
She
,
H.-B.
Kraatz
,
N. J.
Mosey
,
T.
Seki
,
E. C.
Keske
,
J. D.
Leake
,
A.
Rousina-Webb
, and
G.
Wu
,
Nat. Chem.
6
(
5
),
409
(
2014
).
79.
M. N.
Hopkinson
,
C.
Richter
,
M.
Schedler
, and
F.
Glorius
,
Nature
510
(
7506
),
485
(
2014
).
80.
C. M.
Crudden
,
J. H.
Horton
,
M. R.
Narouz
,
Z.
Li
,
C. A.
Smith
,
K.
Munro
,
C. J.
Baddeley
,
C. R.
Larrea
,
B.
Drevniok
,
B.
Thanabalasingam
,
A. B.
McLean
,
O. V.
Zenkina
,
I. I.
Ebralidze
,
Z.
She
,
H.-B.
Kraatz
,
N. J.
Mosey
,
L. N.
Saunders
, and
A.
Yagi
,
Nat. Commun.
7
,
12654
(
2016
).
81.
A. V.
Zhukhovitskiy
,
M. G.
Mavros
,
T.
Van Voorhis
, and
J. A.
Johnson
,
J. Am. Chem. Soc.
135
(
20
),
7418
(
2013
).
82.
J. F.
DeJesus
,
M. J.
Trujillo
,
J. P.
Camden
, and
D. M.
Jenkins
,
J. Am. Chem. Soc.
140
(
4
),
1247
(
2018
).
83.
M. J.
Trujillo
,
S. L.
Strausser
,
J. C.
Becca
,
J. F.
DeJesus
,
L.
Jensen
,
D. M.
Jenkins
, and
J. P.
Camden
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
(
23
),
6779
(
2018
).
84.
D.
Fracasso
,
S.
Kumar
,
P.
Rudolf
, and
R. C.
Chiechi
,
RSC Adv.
4
(
99
),
56026
(
2014
).
85.
Y.
Feng
,
S.
Xing
,
J.
Xu
,
H.
Wang
,
J. W.
Lim
, and
H.
Chen
,
Dalton Trans.
39
(
2
),
349
(
2010
).
86.
H.
Feilchenfeld
and
M. J.
Weaver
,
J. Phys. Chem.
93
(
10
),
4276
(
1989
).
87.
P.
Maity
,
S.
Takano
,
S.
Yamazoe
,
T.
Wakabayashi
, and
T.
Tsukuda
,
J. Am. Chem. Soc.
135
(
25
),
9450
(
2013
).
88.
Y.
Liu
,
C.
Ma
,
Y.
Yang
,
Y.
Zhao
,
S.
Wu
,
J.
Wang
,
P.
Song
, and
L.
Xia
,
RSC Adv.
8
(
37
),
20499
(
2018
).
89.
H.
Wang
,
K.
Musier-Forsyth
,
C.
Falk
, and
P. F.
Barbara
,
J. Phys. Chem. B
117
(
16
),
4183
(
2013
).
90.
Y.-F.
Huang
,
D.-Y.
Wu
,
H.-P.
Zhu
,
L.-B.
Zhao
,
G.-K.
Liu
,
B.
Ren
, and
Z.-Q.
Tian
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
(
24
),
8485
(
2012
).
91.
Y.
Sivan
,
J. H.
Baraban
, and
Y.
Dubi
,
OSA Continuum
3
(
3
),
483
(
2020
).
92.
R. L.
Aggarwal
,
L. W.
Farrar
, and
S. K.
Saikin
,
J. Phys. Chem. C
116
(
31
),
16656
(
2012
).
93.
Q. F.
Zhang
,
Y. D.
Zhou
,
X. Q.
Fu
,
E.
Villarreal
,
L. C.
Sun
,
S. L.
Zou
, and
H.
Wang
,
J. Phys. Chem. C
123
(
43
),
26695
(
2019
).
94.
Q.
Zhang
,
K.
Chen
, and
H.
Wang
,
J. Phys. Chem. C
125
(
38
),
20958
(
2021
).
95.
X.
Lin
,
S.
Lin
,
Y.
Liu
,
M.
Gao
,
H.
Zhao
,
B.
Liu
,
W.
Hasi
, and
L.
Wang
,
Langmuir
34
(
21
),
6077
(
2018
).
96.
G.
Keresztury
,
S.
Holly
,
G.
Besenyei
,
J.
Varga
,
A. Y.
Wang
, and
J. R.
Durig
,
Spectrochim. Acta, Part A
49
(
13-14
),
2007
(
1993
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.