陕师大纳米光学团队: 银离子诱导等离激元6️⃣角星状金微米片的生长

学术   2024-07-16 11:01   中国香港  

研究背景

单晶金微米片作为典型的二维等离激元纳米材料,通过控制其尺寸大小与厚度可实现对其等离激元性质的有效调控,在单分子检测、等离激元纳腔和动态卡西米尔光腔等领域具有广泛的应用。

通过提高单晶金微米片的尖角数量,可以产生更强的局域电磁场增强效应。然而,目前仅有少数形态的单晶金片被报道,例如三角形状和六边形状,且通常需要高温制备或者长达数天的反应时间。

因此,需要发展一种有效的方法来制备具有更多尖角的单晶金微米片。

文章简介

近日,陕西师范大学纳米光学团队通过在聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 和氯金酸 (HAuCl4) 的反应体系中引入 Ag 离子合成了六角星状金微米片。通过对该结构进行表征,发现样品是以金 (111) 面为主、厚度为 60 nm 的单晶片状结构,且产率达到了 50%。

  • 图 1. (a) 六角星状金微米片的 TEM 表征图,(b) 六角星状金微米片的晶格结构,(c) 六角星状金微米片的 AFM 图,(d) AFM 扫描所得六角星状金微米片的高度。
研究发现 Ag 离子在金片边缘的选择性位点沉积导致了金片边缘不同位置的生长速率不均匀,最终使得金片形貌由六边形状向多边形再到六角星状的转变。

  • 图 2. (a) 金片的生长示意图,步骤ⅰ-ⅲ;(b) 金片的 SEM 表征图,步骤ⅰ-ⅲ。

随后通过向 PVP 和 HAuCl的反应溶液中分别添加其他常用于塑造金纳米结构形貌的离子 (I-、Br-、Cu2+ 和 Fe3+) 获得了一系列等离激元金纳米结构,但均未能出现六角星状金片,证明了 Ag 离子对金片形貌塑造的特殊性。

此外,利用六角星状金微米片和金纳米岛膜构建了表面增强拉曼光谱 (SERS) 衬底,对浓度为 10–11 M 的罗丹明 6G (R6G) 分子具有出色的检测能力。

  • 图3. (a) SERS 基底构建示意图,(b) 不同浓度 R6G 分子修饰的 SERS 基底上采集的信号,(c) 不同 R6G 分子浓度下,取 611cm-1 处特征峰强度绘制的对数图。

这种新的合成路线不仅为设计新型各向异性等离激元纳米结构提供方法,而且有助于深入理解金微米片的生长机制。该成果以“Silver Irons Induced Growth of Plasmonic Au Hexagonal Star Plates”(《银离子诱导等离激元六角星状金微米片的生长》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry C 上,并入选为 hot article

论文信息

  • Silver Irons Induced Growth of Plasmonic Au Hexagonal Star Plates

    Lingbo Tong, Xinlei Zhang, Jinping Li, Huan Chen*(陈环,陕西师范大学), Xiaohu Mi*(弥小虎,陕西中医药大学), Zhenglong Zhang

    J. Mater. Chem. C, 2024, 12, 6443 – 6449
    https://doi.org/10.1039/D4TC00703D

作者简介

童凌波 硕士研究生
陕西师范大学

本文第一作者,陕西师范大学纳米光学团队硕士研究生,主要研究方向为等离激元纳米结构的调控。






陈环 副研究员
陕西师范大学

本文通讯作者,陕西师范大学物理学与信息技术学院副研究员,硕士生导师。主要从事纳米光学、高分辨光谱学方面的研究。主持国家自然科学基金青年项目 1 项,省部级项目 1 项、中央高校项目 2 项,参与国家级项目 3 项、省部级项目 2 项。入选西安市青年人才托举计划,以第一作者及通讯作者在 Nature Photonics、Advanced Photonics、ACS Photonics 等期刊上发表学术论文 8 篇。获得 2022 中国光学十大进展、陕西省第七届研究生创新成果奖一等奖、陕西省高等学校科学技术奖一等奖等荣誉。







弥小虎 博士
陕西中医药大学
本文通讯作者,2022 年毕业于陕西师范大学获得物理学博士学位,同年入职于陕西中医药大学,主要从事新型异质等离激元纳米结构的设计制备及其光学特性研究。已在 Nature photonics、Opto-Electronic AdvancesNanophotonic 等知名期刊发表研究论文多篇。主持与参与项目包括国家自然科学基金项目、国家重点实验室开放课题、陕西省教育厅重点实验室基金项目等。

期刊介绍

Materials with applications in optical, magnetic & electronic devices

rsc.li/materials-c

J. Mater. Chem. C

2-年影响因子*5.7
5-年影响因子*6.0
JCR 分区*Q1 物理-应用
Q2 材料科学-跨学科
CiteScore 分10.8
中位一审周期29 


Journal of Materials Chemistry ABC 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry ABC 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是,Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用,Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用,Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。

Editor-in-Chief
  • Natalie Stingelin
    🇺🇸 佐治亚理工学院

Associate editors

  • A. S. Achalkumar
    🇮🇳 印度理工学院古瓦哈提分校

  • Rachel Crespo-Otero
    🇬🇧 伦敦大学学院

  • Renaud Demadrille
    🇫🇷 格勒诺布尔跨学科研究所

  • Antonio Facchetti
    🇺🇸 佐治亚理工学院/西北大学

  • Unyong Jeong
    🇰🇷 浦项科技大学

  • Oana Jurchescu
    🇺🇸 威克森林大学

  • Mingzhu Li (李明珠)
    🇨🇳 中科院理化技术研究所

  • Martyn McLachlan
    🇬🇧 伦敦帝国理工学院

  • Kasper Moth-Poulsen
    🇪🇸 巴塞罗那材料科学研究所

  • Ana Flávia Nogueira
    🇧🇷 坎皮纳斯州立大学

  • Erin Ratcliff
    🇺🇸 亚利桑那大学

  • Yana Vaynzof
    🇩🇪 德累斯顿工业大学

  • Maia G. Vergniory
    🇩🇪 马普固体物理化学研究所

  • Zhiguo Xia (夏志国)
    🇨🇳 华南理工大学

  • Hao-Li Zhang (张浩力)
    🇨🇳 兰州大学

  • Ni Zhao (赵铌)
    🇨🇳🇭🇰 香港中文大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

 CiteScore 2023 by Elsevier
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