Abstract We demonstrate a bottom-up approach to fabricating a visible light-driven titania photocatalyst device bearing an embedded two-dimensional (2D) array of gold nanoparticles (AuNPs) as a near-field light-generating layer. The device is a layered structure prepared by depositing a 2D array of AuNPs on a transparent conductive substrate (10 nm indium tin oxide (ITO) layer on quartz), coating the 2D array of AuNPs with a monolayer of trimethoxyoctylsilane (TMOS), and depositing titania nanocrystals on the anchoring molecule (TMOS) layer. The visible light activity of the device was tested using photocatalytic degradation of methylene blue (MB) by illuminating the device with visible light (700 nm light) and ultraviolet (UV) light (250–380 nm). The localized surface plasmon resonance peak of the 36 nm AuNP 2D array is around 700 nm with a full-width at half-maximum of 350 nm. In comparison with other control samples, the device showed the highest photocatalytic activity with visible irradiation, which was 1.7 times higher than that of titania with UV irradiation. The origin of the visible light activity was confirmed by both quadratic incident light power dependency and action spectrum to be plasmon-induced (near-field enhancement by AuNPs) two-photon absorption.

Iron oxide nanoparticles (NPs) are nontoxic and abundant materials which have long been investigated as reusable catalysts in oxidation reactions, but their use so far has been hampered by a low selectivity. Here, unsupported iron oxide NPs have been found to successfully catalyze the microwave-assisted oxidation of primary and secondary alcohols to their respective aldehydes and ketones with a high selectivity when N-methylmorpholine N-oxide was used as the terminal oxidant. The crystalline phase and size of the iron-based catalyst have a drastic effect on its activity, with small magnetite (Fe3O4) NPs being the optimal catalyst for this reaction. The nanocatalyst could be easily recovered by magnetoseparation and successfully recycled four times without any need for special pretreatment or reactivation step and with a minimal loss of activity. The subsequent loss of activity was attributed to the transition from magnetite (Fe3O4) to maghemite (γ-Fe2O3), as confirmed by X-ray diffraction, Fourier transform infrared, and X-ray absorption near-edge spectroscopy. The nanocatalyst could then be reactivated by the high-temperature microwave treatment and used again for the microwave-assisted oxidation reaction.

Exploration of multiple bonds between superatoms remains an uncharted territory. In this study, we present the synthesis and characterization of N