对于理解表面配体的单分子化学动力学对于揭示其单独作用、在催化反应中起到的作用而言非常重要，这也是整体测试（ensemble measurements）方法无法观测的。有鉴于此，剑桥大学Jeremy J. Baumberg、Bart de Nijs等报道了一种级联纳米光学表征方法，能够通过振动波谱观测，直接追踪界面单分子的化学反应化学轨迹。在该方法中，通过激光在plasmonic纳米异质结中构建原子突出位点，因此能够将光集中到原子尺度，在光学精确度上识别每个分子。通过稳定此类原子位点，作者在温和条件中揭示了单分子脱质子化反应过程、动态键合过程。场增强高速波谱表征使得作者能够观测羧酸官能团在三种不同化学状态之间的转变。

本文要点：

（1）

作者在级联SERS基底上使用长寿命的皮克谐振腔（picocavities），实现了原位光学观测单个3-巯基丙酸分子在温和条件中的Au纳米粒子表面上的结构动态变化过程，测试发现羧酸官能团的三个能级化学振荡。

（2）

通过这种高速度光谱表征技术测试结果，与DFT计算模拟结合，揭示了质子传输动力学、亚秒级别的分子形式-与金属配位的转变过程，此外作者还发现准确的反应过程取决于质子化的状态。而且，通过这种方法能够对单分子级别实现环境pH值表征，本文研究结果为表征单分子界面化学反应机理提供了一种有效方法。

参考文献

Junyang Huang et al. Tracking interfacial single-molecule pH and binding dynamics via vibrational spectroscopy, Science Advances 2021, 7(23), eabg1790

DOI: 10.1126/sciadv.abg1790

https://advances.sciencemag.org/content/7/23/eabg1790