近日，中國科學院物理所研究員李志遠與美國華盛頓州大學化學系教授夏幼南領導的實驗小組合作，在復雜結構金屬納米顆粒的化學合成和表面等離子體共振(SPR)性質的理論和實驗研究上，取得了一系列創(chuàng)新成果。
在含有單晶金屬銀立方納米顆粒的沸水中，加入Na2PdCl4鹽溶液，鈀離子和銀原子之間將發(fā)生置換反應，使得實心的銀顆�？招幕�，同時置換出來的鈀原子和外殼殘留的銀原子互溶，形成鈀-銀合金。當鈀原子在這個合金外殼到達一定的組分比時，置換反應將停止，形成大小和原來的銀顆粒相當的鈀-銀合金立方殼狀納米顆粒。類似地，在銀的懸濁液中，加入Na2PtCl4鹽溶液，將形成鉑-銀立方殼狀納米顆粒。不同的是，鉑和銀并沒有形成合金，而是以小顆粒的形式附著在銀殼的外表面。光譜測量的實驗結果顯示，合金納米顆粒的SPR峰在可見光波段的大范圍內連續(xù)可調。實驗測量和基于離散偶極子近似(DDA)方法的計算結果相符合。計算還表明，兩種顆粒對光的吸收顯著地強于對光的散射。實驗還發(fā)現，附著于金屬顆粒表面的有機分子的表面增強喇曼散射(SERS)光譜也強烈地依賴于組分的變化。這些結果表明金屬納米顆粒的組分調控可提供一種新型的控制納米顆粒光學特性的有效手段。相關結果已經發(fā)表在2005年10月份的Nano Letters 上(Vol. 5, pp. 2058-2062)。
今年早些時候，該研究團隊利用乙烯乙二醇還原Na2PdCl4，并輔助以多乙烯吡咯烷酮(PVP)，成功制備了尺寸為50nm左右的單晶金屬鈀立方納米顆粒， 該顆粒的SPR峰出現在可見光區(qū)域 (400nm 以上)。相比之下，通常的納米顆粒尺寸在10nm以下，SPR峰出現在紫外區(qū)域(220nm左右)。DDA理論計算表明，空心納米顆粒的SPR峰將在從可見光到紅外波段的大范圍內連續(xù)可調。最近，研究團隊發(fā)現，鈀納米顆粒在水中由于氧的存在將發(fā)生腐蝕反應，在顆粒表面挖坑。隨后腐蝕反應將沿著坑洞向內部發(fā)展，使實心顆�？招幕�， 形成殼形結構。同時，水溶液中的[PdCl4]2-離子在鈀殼外表面被還原成鈀原子，封閉腐蝕坑的外開口， 形成閉合的鈀納米立方殼形顆粒， 尺寸和原來的實心顆粒完全一樣。在光照條件下，由于電場在顆粒的八個頂角得到顯著的增強，電荷積累最明顯，易于發(fā)生進一步的腐蝕反應，最終形成鈀納米籠狀顆粒。當腐蝕繼續(xù)進行時，將形成指環(huán)狀的顆粒。這個研究表明，通常人們認為有害的金屬腐蝕作用其實可以被開發(fā)利用來制備復雜結構的金屬納米顆粒，不需要外在的納米顆粒作為模板。相關結果已經發(fā)表在2005年12月份的德國應用化學[Angew. Chem. Int. Ed.，Vol. 44, pp. 7913-7917]上。
利用類似的多羥基化學反應過程， 研究團隊成功地制備了三角盤狀和六角盤狀的單晶金屬鈀納米顆粒，其邊長為30nm左右，盤厚度為5nm左右。利用乙烯乙二醇還原Na2PdCl4，并輔助以PVP，能夠方便地產生鈀納米顆粒。 由于金屬鈀原子按面心立方晶格排列， 熱力學上最有利的形狀通常為立方八面體或多重孿晶顆粒。為了達到控制鈀原子微觀生長取向， 研究人員加入氧化劑FeCl3，同時水溶液中存在的Cl-/O2對也可充當氧化劑。 通過精確地控制這兩種氧化劑的含量，可以嚴格地調控[PdCl4]2-在各個晶格方向的還原反應速度， 最后形成高度各向異性的納米顆粒。研究人員測量了這兩種鈀納米顆粒的光學性質，發(fā)現SPR峰出現在520nm左右的可見光區(qū)。作為對比，具有相同體積的鈀納米球顆粒(直徑約為14nm)SPR峰出現在250nm以下的紫外區(qū)域。實驗結果與DDA理論計算相符合。這個結果再一次表明，金屬納米顆粒的幾何形狀能十分有效地調控其表面等離子體光學性質。另外，由于三角和六角盤狀的納米顆粒具有尖角結構，能夠產生顯著的局域電場增強效應，這有利于SERS光譜的探測。相關的結果已經發(fā)表在2005年11月份的Journal of the American Chemical Society [Vol. 127, pp. 17118-17127]上。
據悉，這些研究工作得到了中科院“百人計劃”、國家973項目和國家自然科學基金委的支持。
在含有單晶金屬銀立方納米顆粒的沸水中，加入Na2PdCl4鹽溶液，鈀離子和銀原子之間將發(fā)生置換反應，使得實心的銀顆�？招幕�，同時置換出來的鈀原子和外殼殘留的銀原子互溶，形成鈀-銀合金。當鈀原子在這個合金外殼到達一定的組分比時，置換反應將停止，形成大小和原來的銀顆粒相當的鈀-銀合金立方殼狀納米顆粒。類似地，在銀的懸濁液中，加入Na2PtCl4鹽溶液，將形成鉑-銀立方殼狀納米顆粒。不同的是，鉑和銀并沒有形成合金，而是以小顆粒的形式附著在銀殼的外表面。光譜測量的實驗結果顯示，合金納米顆粒的SPR峰在可見光波段的大范圍內連續(xù)可調。實驗測量和基于離散偶極子近似(DDA)方法的計算結果相符合。計算還表明，兩種顆粒對光的吸收顯著地強于對光的散射。實驗還發(fā)現，附著于金屬顆粒表面的有機分子的表面增強喇曼散射(SERS)光譜也強烈地依賴于組分的變化。這些結果表明金屬納米顆粒的組分調控可提供一種新型的控制納米顆粒光學特性的有效手段。相關結果已經發(fā)表在2005年10月份的Nano Letters 上(Vol. 5, pp. 2058-2062)。
今年早些時候，該研究團隊利用乙烯乙二醇還原Na2PdCl4，并輔助以多乙烯吡咯烷酮(PVP)，成功制備了尺寸為50nm左右的單晶金屬鈀立方納米顆粒， 該顆粒的SPR峰出現在可見光區(qū)域 (400nm 以上)。相比之下，通常的納米顆粒尺寸在10nm以下，SPR峰出現在紫外區(qū)域(220nm左右)。DDA理論計算表明，空心納米顆粒的SPR峰將在從可見光到紅外波段的大范圍內連續(xù)可調。最近，研究團隊發(fā)現，鈀納米顆粒在水中由于氧的存在將發(fā)生腐蝕反應，在顆粒表面挖坑。隨后腐蝕反應將沿著坑洞向內部發(fā)展，使實心顆�？招幕�， 形成殼形結構。同時，水溶液中的[PdCl4]2-離子在鈀殼外表面被還原成鈀原子，封閉腐蝕坑的外開口， 形成閉合的鈀納米立方殼形顆粒， 尺寸和原來的實心顆粒完全一樣。在光照條件下，由于電場在顆粒的八個頂角得到顯著的增強，電荷積累最明顯，易于發(fā)生進一步的腐蝕反應，最終形成鈀納米籠狀顆粒。當腐蝕繼續(xù)進行時，將形成指環(huán)狀的顆粒。這個研究表明，通常人們認為有害的金屬腐蝕作用其實可以被開發(fā)利用來制備復雜結構的金屬納米顆粒，不需要外在的納米顆粒作為模板。相關結果已經發(fā)表在2005年12月份的德國應用化學[Angew. Chem. Int. Ed.，Vol. 44, pp. 7913-7917]上。
利用類似的多羥基化學反應過程， 研究團隊成功地制備了三角盤狀和六角盤狀的單晶金屬鈀納米顆粒，其邊長為30nm左右，盤厚度為5nm左右。利用乙烯乙二醇還原Na2PdCl4，并輔助以PVP，能夠方便地產生鈀納米顆粒。 由于金屬鈀原子按面心立方晶格排列， 熱力學上最有利的形狀通常為立方八面體或多重孿晶顆粒。為了達到控制鈀原子微觀生長取向， 研究人員加入氧化劑FeCl3，同時水溶液中存在的Cl-/O2對也可充當氧化劑。 通過精確地控制這兩種氧化劑的含量，可以嚴格地調控[PdCl4]2-在各個晶格方向的還原反應速度， 最后形成高度各向異性的納米顆粒。研究人員測量了這兩種鈀納米顆粒的光學性質，發(fā)現SPR峰出現在520nm左右的可見光區(qū)。作為對比，具有相同體積的鈀納米球顆粒(直徑約為14nm)SPR峰出現在250nm以下的紫外區(qū)域。實驗結果與DDA理論計算相符合。這個結果再一次表明，金屬納米顆粒的幾何形狀能十分有效地調控其表面等離子體光學性質。另外，由于三角和六角盤狀的納米顆粒具有尖角結構，能夠產生顯著的局域電場增強效應，這有利于SERS光譜的探測。相關的結果已經發(fā)表在2005年11月份的Journal of the American Chemical Society [Vol. 127, pp. 17118-17127]上。
據悉，這些研究工作得到了中科院“百人計劃”、國家973項目和國家自然科學基金委的支持。
