酸辅助金属复杂纳米结构的可控制备及SERS性能研究

金属纳米粒子在化学、生物、医药等众多领域具有重要的研究和应用价值，但在表面增强拉曼光谱(SERS)检测化学和生物分子过程中，随机分布的金属纳米粒子SERS热点(hot spot)难以控制，因此把纳米粒子构造成一定的组装结构是目前SERS研究的重点之一。本项目拟从金属纳米粒子的合成出发，在没有任何表面活性剂或封端剂的作用下，通过小分子有机酸和无机酸来辅助纳米粒子自组装成复杂纳米结构，并通过化学腐蚀进一步调控其微观形貌以利于分子吸附。结合实验结果和理论模拟计算，研究酸分子导向金属纳米粒子自组装成复杂结构的相应机理，得出此方面的规律性认识。通过光学性能、化学和生物分子SERS检测研究金属纳米粒子微观结构与SERS性能的内在联系，探索可以作为SERS实际应用的金属结构。本项目的研究可以在复杂纳米结构的构造方面取得一些新的思路，为纳米材料的进一步功能化开拓新的途径。

本项目按照研究计划进行，执行了所有研究内容，完成了研究目标。本项目从金属纳米粒子的化学合成出发，主要研究小分子有机酸以及无机酸在纳米粒子的合成过程中对纳米粒子组装成复杂结构的影响及其相应的作用机理，以及制备的金属复杂纳米结构在化学和生物分子SERS检测中的应用，并通过化学腐蚀进一步调控金属复杂纳米结构的微观形貌以获得更好的SERS效果。主要研究内容概括以下三个方面：(1) 酸辅助金属复杂纳米结构的制备、调控、SERS性能及机理研究：利用酸导向技术，合成制备了具有复杂结构的金属纳米材料，研究了不同种类酸(有机酸、无机酸、氨基酸)在制备过程中对金属纳米粒子组装成不同复杂结构的作用。制备的具有复杂结构的金属纳米颗粒可以作为SERS分子检测的良好基底材料，对罗丹明B、亚甲基蓝、对巯基苯甲酸等化学分子具有优异的SERS响应。(2) 金属复杂纳米结构上表面等离激元诱导催化反应：采用制备的金属复杂纳米结构，利用单颗粒SERS技术，研究了单个Ag颗粒上对硝基苯硫酚(4NTP)和对氨基苯硫酚(4ATP)在激光照射下转化为4,4’-二巯基偶氮二苯(DMAB)的表面等离激元诱导催化反应，并通过自制的通气装置来控制反应时的气氛，研究了反应的机理。(3) 导电聚合物上金属纳米结构的可控制备及SERS性能：以共轭聚合物为还原剂来制备贵金属纳米材料，研究了不同PANI薄膜结构上贵金属纳米材料的生长及不同结构和形貌的贵金属纳米材料的SERS性能，并试验了其他共轭聚合物在贵金属纳米材料制备中的可行性。. 通过本项目的研究，在Chem Soc Rev、Adv Mater等国际知名期刊发表SCI论文27篇，申请专利3项（授权2项），培养硕士生5人（毕业4人），培养博士生2人（在读）。项目负责人徐平获得美国能源部Los Alamos国家实验室突出表现奖，并入选哈尔滨工业大学青年拔尖人才选聘计划(青年拔尖-教授)，现为教授/博士生导师。