金纳米棒的制备及其增强拉曼性质研究文献综述

 2023-10-16 10:12:21

文献综述

纳米技术作为一项现代科学技术,这一术语室友东京科技大学的N.Tanighuchi在1974年的一篇文章中提出的,用于描述亚微米尺度下对原子或分子的精确控制。进入20世纪80年代以后,伴随着新的科技革命,纳米科学和技术已经发展成为一门融合了物理、化学、生物、电子、力学、材料等多门学科理论和技术。纳米科学涉及到的材料主要是工程纳米材料,指按预先设想的特定性质进行设计得到的材料,包括纳米物体和纳米结构材料[1,2]。目前已规模使用的或研发的相对简单的纳米材料可以按照维度和主要的化学组成来分类,如按纳米物体的主要(或核)化学组成来划分:无机纳米材料包含碳纳米材料(如富勒烯碳、碳纳米管),金属氧化物纳米材料(如TiO2和ZnO),金属纳米材料(如Au),半导体纳米材料(如量子点),有机聚合物纳米材料(如树状分子),仿生纳米材料(如胶囊纳米颗粒)。

金属纳米材料主要包括金、银、铂的纳米材料。银纳米材料产量最大,基于其抗菌活性在创伤敷料和洗衣机消毒剂等方面应用广泛。金纳米材料因其良好的生物相容性和化学稳定性则是生物医学和生化检测领域近年来的一个热门研究体系[2]。这主要是由于颗粒尺寸和形状调控的局域表面等离激元共振效应(surface plasmon resonance,SPR)能够带来一系列具有优良应用前景的性质,例如表面增强拉曼散射,多光子发光,散射以及光致发热效应等,目前研究的热点,包括生物/化学传感器,药物载体、光热疗药物,生物成像等,铂、钯等贵金属纳米材料则被广泛用于催化剂研究中。可用金属离子的液相还原合成特定尺寸和形状金属纳米颗粒[6]

金纳米材料是一大类基于金并具有纳米级结构的材料,其中最为著名的是胶体(小于100nm 的金颗粒悬浮液),金的纳米材料是少数几种表面等离激元振动吸收[7]位于可见光波长范围的金属材料,对于球形金纳米颗粒[5],其表面等离激元共振吸收在520nm左右,因此胶体金常常呈红色[17]。而棒状金纳米颗粒,金纳米棒[3]则在长轴和直径方向各自拥有独立的电子集体振动,沿棒径向的振动通常可与520nm的光发生共振[15],而沿棒轴向的共振则变化较大,随长径比改变,可以从可见光驱变化到近红外光区[11]。 由于局域SPR效应,纳米材料在可见光下表现出许多与常规金属材料不同的光学、电学、磁学性质。表现在瑞利散射得到大大增强,荧光量子产率大大增高,共振增强的吸收能为金纳米颗粒累计大量能量,等离激元共振提供的强局域电场还使得金纳米材料表面附近分子的拉曼散射得到很大增强,这一现象称为表面增强拉曼散射(surface-enhanced extensively Raman scatterin,SERS)SERS现象于1974年在粗糙的银表面被发现,随后大量的研究聚焦于这一现象.表面增强拉曼散射(SERS)光谱是一项及其重要的现代分子光谱技术[4,14],对其SERS增强机理的探究自上个世纪70年代被英国南安普顿大学的Martin Fleischmann发现以来一直都是表面科学领域的热点。它的灵敏度极高,在分子水平上就能给出关于物质的结构以及吸附状态等多方面的信息;在分析化学、生物医学以及食品安全监测等领域备受瞩目。

目前在众多的贵金属纳米颗粒中,研究最为广泛,最具应用潜力的就是金纳米棒,金纳米棒(gold nanorods,Au NRs)是一种棒状纳米材料[5],一般指其长径比介于2到25的类一维纳米颗粒。近年来,金纳米棒因其独特的依赖于形貌的各项异性的光学性质,已成为广泛研究的热点纳米材料之一。自1997年,Wang等利用电化学方法首次合成金纳米棒以来,人们对金纳米棒的关注逐年递增。在2003年之后,金纳米棒逐渐成为研究热点,因为金纳米棒的合成方法[12]简单,产率高达97%以上,前通过调控实验参数,可以改变其长径比。更为重要的是金纳米棒独特的光学性质,使其在光电子生物分子检测医学成像以及癌症治疗方面有着重要的应用[7,12]。此外,至1997年,金纳米棒受到关注之后,为了更好地研究其性质,人们在制备方法上做了许多探索。其中,利用Murphy和El-Sayed[12,13]等发明及改进的种子生长法制备的金纳米棒,产率高达97%以上,长径比可调,尺寸偏差小于10%。目前已报道的金纳米棒的制备方法[16]有硬模板法,光化学合成法,电化学合成法,种子生长法等主流方法,还有微波合成法,非种子生长法等非主流方法[8]。对于金纳米棒来说,要想获得更多的应用,还需要制备其组装或阵列结构,以获得更好的光、热、磁学等方面的性质。

本实验拟采用 种子生长法制备不同长径比金纳米棒,通过单一调控AgNO3的用量制备 合适长径比[9]的金纳米棒;研究实验因素对金纳米棒的影响,运用拉曼光谱对不同长径比金纳米棒的表面增强拉曼活性进行研究。

参考文献:

  1. 张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京科学出版社,2002,1-95.

  2. 曹茂盛,关长城,徐甲强.纳米材料导论[M].哈尔滨工业大学出版社,2001,5-14.

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