基于同/异质复合结构纳米材料的表面等离子共振和光电化学传感研究

Hybrid nanomaterials are one kind of advanced nanostructure materials, which often exhibits not only the properties of original compositions, but also some new properties and functions due to their synergistic effect or coupling effect. This can provide a wider range of property modulation and more potential applications than that of single composition nanoparticles. In this project we will design and synthesize hybrid metal nanostructure (such as silver-core and gold-shell) materials. They display advantages of their original composition, as well as great enhancement of the sensing sensitivity in localized surface plasmon resonance (LSPR). It can be used to development of excellent LSPR sensing platform. Moreover, we will design and synthesize hybrid metal (for example, gold and silver)-semiconductor heterogeneous nanostructure materials. The semiconductors include single semiconductor, alloyed semiconductors, or core-shell nanostructure materials of cadmium/znic sulfide/selenide et al., which modulates the band gap and the physical and chemical properties of the semiconductor nanostructure materials. The coupling effect between semiconductor nanomaterials and LSPR of the metal nanoparticles will be investigated systematically, and the effect on the photoelectrochemical (PEC) process and its mechanism will also be investigated. This will provide a new valuable method for modulation of PEC process of semiconductor nanomaterials and enhance the transform efficiency of semiconductor nanomaterials in PEC process. An excellent of PEC sensing platform would be developed. Furthermore, the LSPR and PEC sensing platforms can be easily combined with immunoreactions for development of good LSPR and PEC immunoassay methods.

纳米复合材料是一种具有更高层次的纳米结构材料，既可展现出与单一组成相关的性质，又可以产生因材料间协同或耦合作用而得到的一些新性质和新功效，具有更宽的性质调控范围及更广的应用前景。本项目设计和制备金属复合纳米结构（如银核金壳）材料，既可体现各组分的优点，又可大幅提高其局域表面等离子共振（LSPR）传感灵敏度,发展高性能LSPR传感基元。设计和制备金属（如金和银）-半导体异质结构复合纳米材料，其中半导体（如镉、锌的硫或硒化物）为单组分、合金或核壳结构纳米材料，调控半导体纳米材料的能带间隙及物化性质，研究半导体与金属纳米LSPR的耦合作用及对其光电化学（PEC）过程的影响和作用机理，为调控半导体纳米材料的PEC过程提供一种新的有效途径，提高半导体纳米材料的PEC转化效率，寻找高效的PEC传感基元。将LSPR和PEC传感基元与免疫反应的高特异性相结合，研制高效的LSPR和PEC免疫传感分析方法。

纳米复合材料是两种或两种以上的材料在纳米尺度上的复合，既可以展现出与单一组分相关的性质，又可因材料间的协同作用呈现出一些新性质和功能。本项目主要研究了贵金属和无机半导体的同/异质纳米复合材料结构的性质，据此设计和制备了多种高性能化学传感器。一、金属纳米材料：采用自组装和高温锻烧法，提供了一种在透明氧化铟锡导电玻璃（ITO）基底上制备纯净、均匀金纳米粒子阵列的简便方法，表面易于功能化，发展了测定铜和铅离子的局域表面等离子共振（LSPR）传感器，检出限达pM级；采用5nm金纳米粒子作为葡萄糖氧化酶的模拟酶，纳米银或三角形纳米片为探针，可用分光光度法或目视法测定血液中的葡萄糖；研究了金银合金纳米簇与半胱胺酸的相互作用，基于荧光峰波长的红移，提供了一种测定半胱胺酸的新方法；制备和比较了银铂、金银和金银铂纳米笼状结构，及纳米孔金和金铂纳米粒子结构的电催化活性，构建了电化学传感器；设计了金纳米LSPR促进树枝状Pt晶的光电催化剂，在可见光照射下对甲醇氧化催化活性提高了1.8倍。二、半导体纳米材料：发展了一种PbS量子点的光电极，可还原六价铬增强阴极光电流，检出限为10pM；采用离子交换法在n-型ZnS量子点表面生成HgS（p-型半导体），发展了一种“信号增加”阴极光电流法测定Hg2+的方法，检出限为2pM；设计了基于PbS与Co3O4纳米粒子形成p-p型结构来提高光电转换效率和Co3O4纳米酶的催化作用的双重信号放大策略，发展了一种H2O2的光电化学传感器。三、金/半导体纳米复合材料：设计了Au/ZnS复合纳米结构，构建了测定Cu2+的光电化学传感器，检出限为0.5nM；研究了金纳米与氧化铟锡半导体的作用，证明了金纳米修饰的ITO电极也可作为一种简单高效的光电极；利用金纳米粒子作为葡萄糖氧化酶的模拟酶，结合PbS对氧气的灵敏光电流响应，发展了一种基于纳米酶的葡萄糖光电化学传感器。