1、金属纳米材料表面等离子共振金属纳米材料表面等离子共振吸收的表征及其应用吸收的表征及其应用纳米材料的特异性能纳米材料的特异性能 表面效应表面效应 量子尺寸效应量子尺寸效应 小尺寸效应小尺寸效应 宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应 使处于表面态的原子、电子与处于内部的原子、电使处于表面态的原子、电子与处于内部的原子、电子行为相比有很大差别，从而导致纳米微粒具有同种宏子行为相比有很大差别，从而导致纳米微粒具有同种宏观体材料所不具备的新的光学特性。观体材料所不具备的新的光学特性。F.E.Wagner et al.,Nature,2000,407,691古罗马的莱克格斯杯古罗马的莱克格斯杯 纳米尺寸的金属
2、粒子内部自由电子按其固有纳米尺寸的金属粒子内部自由电子按其固有频率作协同振荡，电子的运动可与一定波长的光频率作协同振荡，电子的运动可与一定波长的光作用发生共振，从而产生金属粒子的表面等离子作用发生共振，从而产生金属粒子的表面等离子体共振体共振 (surface plasmon resonance,SPR)，其共，其共振频率与电子密度、粒子大小和形状等密切相关。振频率与电子密度、粒子大小和形状等密切相关。UV-Vis 吸收光谱是表征等离子体共振的有效工吸收光谱是表征等离子体共振的有效工具之一。具之一。电磁波辐射与金属纳米材料作用的示意图电磁波辐射与金属纳米材料作用的示意图(a)(a)球型粒子球型
3、粒子(b)(b)纳米棒纳米棒Luis M.,Langmuir,2006,22,32顶部顶部:计算的紫外可见吸收光谱计算的紫外可见吸收光谱底部底部:实验的光谱实验的光谱Luis M.,Langmuir,2006,22,32diameter/nm102050100aspect ratio2.02.22.42.62.83.0Au vol%1030506070diameter/nm99922481.942.352.483.08aspect ratioseparation/nm157.51.510金球金球金椭圆体金椭圆体金薄膜金薄膜金球金球金纳米棒金纳米棒多层金薄膜多层金薄膜(a)Au纳米棒在纳米棒在P
4、VA膜上不同排列方向的照片膜上不同排列方向的照片(b)拉伸的拉伸的PVA膜上膜上Au纳米棒优先排列的纳米棒优先排列的TEM图图(c)计算计算(d)实验的实验的UV-vis-NIR光谱与偏振角的关系光谱与偏振角的关系Prez-Juste,J.,Adv.Funct.Mater.,2005,15,1065Cext=k ImT(1-cos2()+L(cos2()H2O,n=1.333EtOH,n=1.361DMF,n=1.42653954162761841040740555765780(蓝色蓝色)和和60nm(红色红色)的的Ag纳米棱柱纳米棱柱在不同介质中的在不同介质中的UV-vis光谱光谱插图是插图
5、是Ag纳米球纳米球相应的光谱相应的光谱Pastoriza-Santos,I.,Nano Lett.,2002,2,903Pastoriza-Santos,I.,Langmuir,2002,18,2888J.J.Mock,J.Chem.Phys.,2002,116,6755纳米粒子的形状对共振吸收的影响纳米粒子的形状对共振吸收的影响不同直径的不同直径的Pt圆盘的吸收光谱圆盘的吸收光谱C.Langhammer,Nano Lett.,2006不同直径的不同直径的Pd圆盘的吸收光谱圆盘的吸收光谱 表面等离子体共振可导致粒子表表面等离子体共振可导致粒子表面附近电磁场的极大增强，这种电磁面附近电磁场的极大
6、增强，这种电磁场的表面增强效应是许多表面增强光场的表面增强效应是许多表面增强光谱的基础，它的一个最典型的应用就谱的基础，它的一个最典型的应用就是表面增强拉曼光谱是表面增强拉曼光谱 (SERS)。21903174696530Jiatao Zhang,J.Phys.Chem.B 2005,109,12544(a,b and c)10-8M的罗丹明的罗丹明B在在不同形状的不同形状的Ag纳米材料上的纳米材料上的SERS谱图谱图(d)10-8M的罗丹明的罗丹明B水溶液的水溶液的拉曼光谱拉曼光谱6nm14nm23nm40nm57nm97nm6nm97nm57nm40nm23nm14nm1167120821
7、801596212921802129Chung-ro Lee,J.Colloid Interface Sci.,2004,271,4110-4M的的PDI在在不同直径的不同直径的Au纳米粒子上的纳米粒子上的SERS谱图谱图N+CN+CSPR检测原理检测原理SPRSPR对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感,当表当表面介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。面介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。因此，因此，SPRSPR谱（共振角的变化谱（共振角的变化vsvs时间）能够反映与金属膜时间）能够反映与金属膜表面接触的体系的变化。表面接触的体系的
8、变化。SPR在生命科学中在生命科学中的应用的应用 对生物分子进行识别及定量检测 研究生物分子间的相互作用用SPR可获得的信息：1.两个分子之间结合的特异性2.目标分子的浓度3.结合以及解离过程的动力学参数4.结合的强度AuSiO2CNT/AuSiO2-1MLCNT/AuSiO2-2MLAuSiO2PDDAPSS554nm 600nm526nm01234501000200030004000500005101520050000100000150000200000250000Percentage of surface atoms(%)Numbers of AtomsNanosize(nm)020406080100纳米粒子表面原子与粒径的关系纳米粒子表面原子与粒径的关系现代化学的研究进展纳米化学现代化学的研究进展纳米化学,300a.r.:2.61a.r.:2.94a.r.:3.31(a and b)Au纳米棒纳米棒-MWNT复合物复合物的示意图和的示意图和TEM照片照片(c)Au纳米棒纳米棒(虚线虚线)和和Au纳米棒纳米棒-MWNTs复合物复合物(实线实线)的的UV-vis光谱光谱Correa-Duarte,M.A.,Angew.Chem.Int.Ed.2005,44,4375
