金属纳米粒子二聚体组装及其应用

来源：中国科学杂志社

金属纳米粒子的组装是用来构建更高层次的纳米结构和研究纳米粒子之间构效关系的一种有效手段。作为最简单的组合方式, 二聚体提供了一个简洁的模型用于深入研究两个粒子间的相互作用。南开大学谢微教授总结了金属纳米二聚体组装中常用的方法, 如静电吸附、双巯基分子连接、模板法组装等; 讨论了等离激元纳米二聚体在纳米光电子学中表现出的表面等离激元耦合、电子隧穿等效应; 介绍了金属纳米二聚体在表面增强拉曼光谱(SERS)和等离激元诱导光催化中的具有代表性的应用。

纳米科学是在纳米尺度上研究物质的相互作用、组成、特性和制造方法的科学。金属纳米粒子作为纳米材料的重要组成部分, 具有优良而独特的光、电、热和磁性能, 得到了广泛的关注。如货币金属纳米粒子(Au、Ag、Cu)与光具有强烈的相互作用, 表面会发生等离激元共振(surface plasmon resonance, SPR), 表现出独特的光学性能, 并在周围产生增强的电磁场, 被广泛应用于纳米光学、传感、成像等研究中; 过渡金属纳米粒子(Pd、Pt、Ru等)具有良好的电子结构, 允许分子在其表面吸附和反应, 催化性能优良, 在工业生产中得到大规模的使用。

近20年以来, 人们已经开发出了数百种方法用于制备不同尺寸、形状、材料特性和表面化学特性的单个金属纳米粒子。但如今, 更多的研究和应用并非基于单个纳米对象, 而是基于这些纳米对象之间的相互作用。因此, 纳米科学和纳米技术的重点已经从单个纳米粒子的合成逐渐转移到纳米系统和纳米结构的组装及其应用中。如将具有表面增强拉曼光谱活性的Au、Ag等货币金属纳米粒子与具有良好催化活性的Pt、Pd、Ni等过渡金属纳米粒子进行组装结合, 形成双金属纳米超级结构, 通过表面增强拉曼技术, 可以实时检测催化剂表面的化学信息, 用于原位研究化学催化反应。

金属纳米粒子二聚体组装是指用组装的方法将两个单独的金属纳米粒子组成粒子对, 作为最简单的组合方式, 二聚体提供了一个简洁的模型用于研究两个纳米粒子之间的相互作用。南开大学谢微教授总结了具有代表性的金属纳米二聚体的组装方法和特点, 并对二聚体在纳米光学中的特性以及在表面增强拉曼和等离激元诱导光催化中的应用展开了讨论。

Al-Pd二聚体天线-反应器光催化示意图以及HD产生速率图