过渡金属硫化物、氧化物半导体纳米材料的局域表面等离子体共振调控及光热效应研究

Semiconductor nanostructures exhibit 1-2 order lower of carrier density compared with that of metal nanostructures. And similar to metal nanostructures, the free carriers of semiconductor nanostructures could oscillate resonantly with external electromagnetic field, and result in ensemble oscillation with a low frequency, which is also called as LSPR. Due to its relatively low free carrier density, the LSPR is located at a longer wavelength compared with Au, Ag nanostructures, and it is also compensating for that of the metal ones. This project aimed at tuning the carrier density of metal oxide nanostructures with temperature, oxidation and reduction induced vacancy variations, and the LSPR frequency will be tuned simultaneously. Based on the requirements of imaging and therapy, the relationship of LSPR frequency and fluorescence intensity will be studied to get an evaluation on the application of this kind of nanomaterials. Photothermal efficiency, especially for the materials irradiated in the near infrared, will be evaluated and an animal model will be tested to face the cancer therapy.

半导体材料的自由载流子浓度与金属相比低1-2 个数量级。与金属纳米结构类似，该类半导体纳米材料在外界电磁场的激发下，表现出局域表面等离子体共振(LSPR)特性。由于其自由载流子浓度降低，LSPR 位于近红外区域，与金属的LSPR(位于可见甚至紫外区域)互补。本课题拟制备过渡金属氧化物纳米结构，通过消光光谱的位置与强度分析其自由载流子浓度；通过氧化/还原、改变温度或掺杂等方式改变金属氧化物中与金属离子空位或氧空位相关的自由载流子浓度，实现表面等离子体共振频率的调控；针对荧光成像、光热治疗等领域的应用需求，研究发光(激子复合)与LSPR(自由载流子振荡)间的关联，实现有效的发光与LSPR 调节；研究该类材料的近红外光热转化效率，并与可在近红外吸收的金属纳米结构比较；通过表面修饰，增强材料的生物相容性，以肿瘤细胞检测光热效率，并以种植肿瘤的小鼠为模型研究其近红外光热疗应。

半导体材料的自由载流子浓度与金属相比低1-2 个数量级。与金属纳米结构类似，该类.半导体纳米材料在外界电磁场的激发下，具有局域表面等离子体共振(LSPR)特性。由于其自由载流子浓度降低，LSPR 位于近红外区域。.本课题拟制备过渡金属化合物纳米结构，通过消光光谱的位置与强度分析其自由载流子浓度；通过氧化/还原、改变温度或掺杂等方式改变金属氧化物中与金属离子空位或氧空位相关的自由载流子浓度，实现表面等离子体共振频率的调控。对于Cu2-xSe纳米晶而言，局部表面等离子体共振（LSPR）的波长由铜空位，组成x确定，在保持晶体结构的同时调节x进而调节其LSPR波长是具有挑战性的。研究中，我们通过简单地降低铜前体溶液中的油酸（OA）含量，合成了x在0.05至0.69范围内变化的Cu2-xSe纳米晶。由于铜空位的增加，Cu2-xSe NCs的局域表面等离子体共振（LSPR）从〜1400 nm蓝移到〜980 nm。在合成中，油胺(OAm)分子作为配体拉动Cu +从Cu2-xSe NCs晶格中脱离，导致铜空位的增加，而OA的引入将阻碍该过程。据此，LSPR可以通过与OAm或CS2分子反应而被进一步调节至更高的频率。这些研究可助于设计满足要求的具有特定共振频率的半导体纳米材料。.