外场作用下配体分子构象的演化机理与二维金纳米粒子自组装阵列微结构的调控

In nobel metal two-dimension nanoparticles arrays, the spacing between two adjacent nanoparticles is crucial to their collective properties. Due to the unique electronic distribution in the surface of nanoparticle, the near field coupling effect of two adjacent nanoparticles will generate rich physical phenomena(Enhancement of the electromagnetic field, quantum effect, electron tunneling effect) and endow nanoparticles array with the novel physical properties and function. So, it is believed this nanoparticles array could be well applied in Raman enhanced sensors and preparation of microelectronic devices, etc. In this project, the ligand molecule alkyl chain, which is sensitive to light and heat, is used as a media to regulate the interparticle spacing in two-dimension Au nanoparticles array. Though systematically studying the evolution mechanism of the liquid and solid ligand molecules alkyl chains conformation under different external fields, clarifying the influence mechanism of liquid and solid alkyl chains conformation transition to the self-assembly of Au nanoparticles, the precise regulation of the two-dimension nanoparticles array microstructure and interparticle spacing is achieved. This project will enrich the methods to regulate the interparticle spacing in two-dimension nanoparticles array and provide the reliable foundation for the diversity of two-dimensional nanoparticle array structure and function.

贵金属二维纳米粒子阵列中，相邻两个纳米粒子之间的距离对于阵列的整体性质至关重要。由于纳米粒子表面独特的电子云分布，纳米粒子的近场耦合效应，将产生丰富有效的物理现象（增强的电磁场、量子效应、电子隧穿效应），赋予纳米粒子阵列新颖的物理特性与功能，可以很好的应用于拉曼增强传感器和微电子器件的制备等方面。本项目拟采用对光和热敏感的一种配体分子烷基链作为调控纳米粒子间距的媒介，以Au纳米粒子为模型粒子，系统研究该烷基链在两种状态下（固态与液态）构象在不同外场下的演变规律，阐明液态（固态）烷基链分子构象的转变对Au纳米粒子自组装的影响机制，以期实现对二维纳米粒子阵列微结构以及粒子间距的精确调控。本项目的实施，将丰富调控二维纳米粒子阵列粒子间距的方法，为实现二维纳米粒子阵列微结构与功能的多样性提供可靠的依据。

贵金属纳米粒子由于其独特的电子云分布，表现出与本体材料截然不同的物化特性，在光，电，催化等领域有着广泛的应用；将贵金属纳米粒子组装成二维阵列，不仅可以集成单纳米粒子的特性，其粒子间特殊的近场耦合效应，将赋予纳米阵列新颖的物化特性与功能；其中，阵列内部纳米粒子之间的距离，对阵列的整体性能至关重要，是决定阵列特定性能的关键因素。. 本项目主要研究配体分子对自组装二维纳米粒子阵列微结构的影响机制，进而实现制备高质量的二维纳米粒子阵列，为未来作为微纳器件的组件探索一条可行的道路。研究中，首先开发基于有机溶剂的溶剂熟化法，成功提升金纳米粒子的尺寸单分散性，为后续自组装过程提供高质量的金纳米粒子；其次，将制备得到的金纳米粒子在甲苯-空气界面处进行二维自组装，在此过程中，研究加热处理对纳米粒子在界面自组装的影响机制，初步探索配体分子在加热过程中的结构变化以及对粒子自组装的影响机制；对组装后的二维纳米粒子阵列进行真空热处理，研究热处理对固态烷基链分子构象的影响以及阵列微结构的变化，构建烷基链分子结构变化与阵列微结构的构效关系，制备得到高质量的二维纳米粒子阵列；最后以二硫醇分子为交联媒介，对热处理后的二维纳米粒子阵列进行交联，研究交联分子碳链长度对阵列强度的影响，最终获得具有自支持性能的高模量二维纳米粒子阵列。另外，我们利用硅油将熟化后的纳米粒子在甲苯/乙腈溶液界面进行组装，得到了一层排列有序的二维纳米粒子薄膜；通过调整硅油浓度，制备具有不同粒子间距的纳米粒子阵列，并在硝基酚反应中呈现差异性的活性，验证了粒子间距对二维纳米粒子阵列整体性能的重要影响。通过本项目的研究，实现了通过改变配体分子烷基链结构来实现对二维纳米粒子阵列微结构的调控，从而为制备特定结构的二维纳米粒子阵列提供了一定的理论与技术基础，为其未来的应用拓宽方向。