金銀納米顆粒與碘作用的局域表面等離子體共振光散射成像研究.pdf

1、貴金屬納米顆粒，特別是金和銀納米顆粒(AuNPs和AgNPs)具有優(yōu)良的局域表面等離子體共振(LSPR)光散射性質(zhì)，是一類非常有應(yīng)用前景的光學(xué)探針。研究納米顆粒的LSPR性質(zhì)有一定的理論價(jià)值，而研究納米顆粒參與的一些化學(xué)反應(yīng)與它的LSPR性質(zhì)的關(guān)系也有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。目前金銀納米顆粒的光散射分析已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生化反應(yīng)的各個(gè)方面，如分析檢測(cè)，生物成像，監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)，癌細(xì)胞成像等。金銀納米顆粒與碘的作用是一個(gè)經(jīng)典的反應(yīng)，近些年來(lái)得到了研

2、究者們的青睞，但是大部分的研究都只是停留在溶液中的多分子均相環(huán)境。針對(duì)金銀納米顆粒與碘的相互作用的問(wèn)題，我們運(yùn)用暗場(chǎng)顯微成像技術(shù)在單納米顆粒水平對(duì)金銀納米粒子與碘作用的局域表面等離子體性質(zhì)做了以下的研究：
　　1.單個(gè)銀納米顆粒與碘的反應(yīng)的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。碘對(duì)金屬納米顆粒的合成和形態(tài)控制有重要影響。金和銀納米顆粒的物理和化學(xué)性質(zhì)的不同使得金和銀納米顆粒與碘的作用也遵循著不同的規(guī)律。在本章節(jié)中我們以銀納米顆粒為研究對(duì)象，在單納米顆粒水

3、平研究了銀納米顆粒與碘的相互作用。將銀納米顆粒置于 KI/I2反應(yīng)液中，通過(guò)暗場(chǎng)顯微鏡可以觀察到單個(gè)銀納米顆粒的散射光強(qiáng)度的降低以及散射光的顏色由藍(lán)色變?yōu)榫G色的變化，說(shuō)明 AgNPs與碘反應(yīng)液作用后可能生成了 Ag@AgI復(fù)合物。利用三原色(RGB)顏色系統(tǒng)，結(jié)合暗場(chǎng)光散射成像及IPP軟件，通過(guò)對(duì)單個(gè)銀納米顆粒的散射光顏色和散射光強(qiáng)度進(jìn)行編碼和數(shù)值化，我們建立了分析單個(gè)銀納米顆粒與碘反應(yīng)過(guò)程的新方法。紫外-可見(jiàn)吸收光譜顯示反應(yīng)后的銀納米

4、顆粒在422 nm處有明顯的AgI激子特征吸收峰。我們進(jìn)一步對(duì)形成的納米顆粒進(jìn)行了掃描電鏡、X射線能譜等一系列的表征，結(jié)果證實(shí)了Ag@AgI復(fù)合物的生成。該研究對(duì)理解銀納米顆粒與碘的作用有著重要的意義。
　　2．單個(gè)金納米顆粒腐蝕過(guò)程的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)的過(guò)程有助于更深刻的認(rèn)識(shí)反應(yīng)的機(jī)制，金銀納米材料特有的等離子體共振性質(zhì)，使得金銀納米顆粒成為生物成像和生物檢測(cè)領(lǐng)域的重要探針，因此本章我們研究了單納米顆粒水平金納米顆粒的腐

5、蝕機(jī)制。借助于暗場(chǎng)顯微成像技術(shù)，我們實(shí)時(shí)監(jiān)控了 KI/I2溶液誘導(dǎo)的金納米球、金納米棒和金納米三角片的腐蝕過(guò)程。當(dāng)金納米顆粒與反應(yīng)液接觸時(shí)，不同形狀的金納米顆粒均發(fā)生了明顯的散射光顏色的變化及散射光強(qiáng)度的降低。運(yùn)用掃描電鏡和暗場(chǎng)顯微成像共定位技術(shù)，我們進(jìn)一步得到了金納米顆粒與碘作用后納米顆粒的形貌的變化。X射線能譜儀及原子力顯微鏡表征數(shù)據(jù)證實(shí)了金納米顆粒不同程度的散射光譜的藍(lán)移是反應(yīng)的過(guò)程中金原子被氧化成了[AuI2]-。另外，結(jié)合時(shí)域

6、有限差分法(FDTD)模擬和金納米顆粒腐蝕過(guò)程中的形貌的變化，我們得出金納米顆粒的腐蝕過(guò)程是一個(gè)削角反應(yīng)機(jī)制伴隨著層層剝離反應(yīng)機(jī)制的熱力學(xué)依賴的過(guò)程，這個(gè)機(jī)制解釋了不同形狀的金納米顆粒最終形成了尺寸減小的近球形納米顆粒。
　　3．單個(gè)銀包覆的金納米棒與碘作用的光散射成像。金銀合金納米粒子具有不同于單元素金屬納米材料的優(yōu)良的電學(xué)特性，其優(yōu)異的LSPR性質(zhì)也引起了人們?cè)絹?lái)越多的的關(guān)注。在本章節(jié)中，我們首先合成了銀包覆的金納米棒（Au@

7、Ag NRs），隨后將銀包覆的金納米棒置于碘腐蝕溶液中，通過(guò)暗場(chǎng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn) Au@Ag NRs的散射光由橙紅色變?yōu)榱饲嗌f(shuō)明可能形成了Au@Ag@AgI NRs，通過(guò)三元色(RGB)顏色分析、掃描電鏡及 X射線能譜分析，我們進(jìn)一步推測(cè)形成了Au@Ag@AgI NRs，這有助于進(jìn)一步理解合金與碘的作用。
　　總之，本文基于金銀納米顆粒的局域表面等離子體共振光散射性質(zhì)，運(yùn)用暗場(chǎng)光散射成像技術(shù)，研究了銀納米顆粒和三種不同形狀的金納