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Small:等离激元异质结纳米结构的合成、性质和应用

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  • 发布时间:2020-08-11 14:33
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【概要描述】近日,郑州大学物理学院郑广超博士、英国伦敦大学学院物理与天文学系Stefanos Mourdikoudis博士、天津大学理学院张志成教授系统总结了等离激元异质结纳米结构的合成、性质和应用。

Small:等离激元异质结纳米结构的合成、性质和应用

【概要描述】近日,郑州大学物理学院郑广超博士、英国伦敦大学学院物理与天文学系Stefanos Mourdikoudis博士、天津大学理学院张志成教授系统总结了等离激元异质结纳米结构的合成、性质和应用。

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随着表征手段和制备技术的不断进步,许多世界著名科学家的课题组都在致力于复合纳米结构的可控合成,以获取更优异的性能。迄今为止,研究者已发展很多方法制备等离激元纳米晶复合结构,包括:模板诱导生长法、自组装法、一锅生长法、微流体技术和种子介导生长法等。

值得一提的是,种子介导生长法由于能够很好地做到时空的分离,被认为是一种制备异质结纳米结构非常有效的方法。一方面,预制备的纳米晶作为“种子”被添加到含有外来原子的生长液当中,或者外来原子添加到含有“种子”的生长液中。纳米晶种子提供了外来原子异相成核和生长的晶面。另一方面,在二次生长过程中,通过控制动力学和热力学参数可以调控外来原子的生长模式,有效地避免外来原子的自成核和自生长,从而精确地制备出异质节纳米结构。

近日,郑州大学物理学院郑广超博士、英国伦敦大学学院物理与天文学系Stefanos Mourdikoudis博士、天津大学理学院张志成教授系统总结了等离激元异质结纳米结构的合成、性质和应用。阐述了种子介导生长法是制备等离激元异质结纳米结构的有效方法。在这篇综述里面,基于众多课题组的大量详细的工作,作者对此进行了系统性的总结。如何调控热力学参数和动力学参数是利用种子介导生长法的关键步骤。例如,种子的质量(孪晶、堆垛层错和晶相等)、表面活性剂、温度和外来原子的添加速率等因素的精细控制,获得了等离激元-贵金属、等离激元半导体、等离激元-磁性异质结纳米结构。

到目前为止,制备基于等离激元纳米单元获得的异质结纳米结构,主要包括两种策略:(1)利用光还原、化学还原或者热解等手段在预制的外来纳米晶种子上诱导生长等离激元纳米晶单元;(2)利用化学还原或热解等在等离激元纳米晶种子表面诱导半导体异相成核和生长。与其它复合纳米结构(核-壳和合金)相比,等离激元异质结纳米结构具有一定的优势(如稳定性、d-带的调谐及直接与电子牺牲剂中和等),等离激元异质结纳米结构到目前为止已经应用于诸多领域,例如化学或生物传感、光催化和癌症治疗。

首先,为了满足在生物应用中的第二个水窗口和近红外纳米光子学等应用,等离激元异质结纳米结构的LSPR可以被调控在可见-近红外光区域。

其次,异质结纳米结构中的等离激元纳米单元可以获得光能,同时也可以在固-固界面的地方建立肖特基结,更好地将太阳能转化为化学能。等离激元异质结纳米结构具有很长的热电子寿命,能够直接接触电子牺牲剂,可以在光照条件下进行Suzuki偶联反应、水裂解产氢和N2光还原等光催化反应,比其它复合结构具有更高的光催化效率。

另外,等离激元-磁异质结纳米结构不仅具有超磁性,而且具有高电负性的等离激元位点,使他们能够应用于精确诊断和肿瘤治疗。

最后,除了LSPR效应之外,等离激元异质结纳米结构中的不同纳米组分单元能够影响电化学反应的反应路径和调谐金属纳米单元的d-带位置,进而显著提高电催化活性。随着异质结纳米结构的复杂性增加,其应用的潜力也在显著增加。

本综述对等离激元异质结纳米结构的纳米制备技术、性能和应用做了详细深入的总结。在综述的最后部分,研究者阐述了等离激元异质结纳米结构的进一步开发所面临的一些未来的发展前景和挑战,并指出了一些可能的方向。相关论文“Plasmonic Metallic Heteromeric Nanostructures”在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202002588)上。

 

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