近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室研究員李越課題組與濟南大學(xué)李村成教授合作，在多孔金-銀合金納米結(jié)構(gòu)表面增強拉曼散射研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊 Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C, 5, 11039-11045 (2017) )上。
貴金屬(Au、Ag、Pt、Cu等)及過渡族金屬(Ni、Co等)材料具有局域表面等離子共振特性；尤其貴金屬(Au、Ag等)納米結(jié)構(gòu)，因強的局域表面等離子共振能夠產(chǎn)生強烈的電磁場增強效應(yīng)，使其能應(yīng)用于生物成像、光學(xué)傳感、催化、表面增強拉曼散射(SERS)檢測等領(lǐng)域。
多孔Au-Ag合金納米結(jié)構(gòu)相對于實心結(jié)構(gòu)具有更強的電磁耦合作用，能進(jìn)一步增強其局域表面電磁場；同時由Au、Ag兩種元素組成的雙金屬結(jié)構(gòu)，擁有高度可調(diào)的元素比例、光學(xué)性質(zhì)和電子協(xié)同效應(yīng)，所以具有更加廣泛的應(yīng)用前景，目前所報道的多孔納米材料大多局限于Pt基材料和具有低孔隙度的球形Au納米顆粒，這些材料離實際應(yīng)用要求還有較大差距，需要進(jìn)一步可控合成具有高孔隙度、單分散且具有特定形貌的多孔Au-Ag納米粒子，并研究其結(jié)構(gòu)增強的相關(guān)機理。
鑒于此，李越課題組研究人員以Au八面體納米顆粒為種子，采用外延生長，獲得Au@Ag的雙金屬納米立方塊，再在Au@Ag表面包覆SiO2保護層，通過熱退火和化學(xué)腐蝕，制備出了一種單分散的多孔金-銀合金納米立方塊(圖1)。該材料是一種具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的三維多孔Au-Ag合金結(jié)構(gòu)，不僅具有良好的分散性和更大的比表面積，更易檢測分子的吸附，而且能夠長期保存。通過FDTD理論模擬發(fā)現(xiàn)，多孔Au-Ag合金納米立方塊狀比同類型的球形納米粒子具有更高的電磁場增強效應(yīng)(圖2)。相應(yīng)實驗表明，多孔Au-Ag合金納米立方塊對表面增強拉曼散射信號具有很強的增強作用，對4-ATP的檢測限低達(dá)10-10 M(圖3、圖4)。該項研究結(jié)果對進(jìn)一步提高納米材料的SERS性能具有一定指導(dǎo)意義。
以上研究得到了中科院交叉團隊項目和國家自然科學(xué)基金項目資助。
全文鏈接： http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/tc/c7tc03855k
圖1. (a)-(d)分別為多孔Au-Ag合金納米立方塊的掃描和投射電子顯微鏡照片；(e)-(g) 為產(chǎn)物的STEM照片和元素分布圖。
圖2. 兩種Au-Ag合金納米粒子 (a) 立方塊 和 (b) 球的電磁場分布FDTD 模擬結(jié)果。
圖3. (a)、(b)為不同結(jié)構(gòu)Au-Ag納米材料對4-ATP 的SERS性能對比結(jié)果。
圖4. 多孔Au-Ag納米立方塊對不同濃度下4-ATP的SERS性能對比圖。
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