金纳米棒/聚合物复合结构制备及与有机荧光分子的电子转移研究

纳米材料表面的电子转移是研究新型光电转换材料的理论基础。有机荧光分子具有大共轭结构，可以作为电子给体，也可以作为电子受体。本项目拟选择金纳米棒和有机荧光分子为研究对象，研究光激发下两者之间发生的电子转移特性。主要研究内容包括：1.制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）与聚乙二醇（PEG）嵌段共聚物修饰的金纳米棒，形成以金为核心、疏水PDMS为中间层、亲水PEG为外层的核壳结构；2.选择不同的有机荧光分子，通过疏水作用将荧光分子吸附到靠近金纳米棒的疏水层，形成金纳米棒/荧光分子纳米复合物，并且整个复合物由于PEG外层亲水而能在水或电解质溶液中分散。3.研究光激发不同荧光分子产生的向金纳米棒的电子转移特性和光激发金纳米棒表面等离子体共振产生的向不同荧光分子的电子转移特性，探讨产生电子转移的基本问题和规律，确定金纳米棒与有机荧光分子的有效组合，为开发以金纳米棒为电极的光电转换器件和材料提供研究基础。

本项目主要制备了纳米金与双亲嵌段共聚物形成的多重复合纳米结构，研究了其载入的有机荧光分子在光激发下与纳米金核心之间的相互作用。主要完成的研究内容包括：1. 首先利用硅氢加成反应合成了以硅氢键为端基的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚乙二醇（PEG）的嵌段共聚物，采用柠檬酸还原法和表面活性剂辅助的种子生长法合成球状和棒状金纳米粒子，然后通过纳米金表面的加成反应制备了具有双亲性的以纳米金为核心、以PDMS为疏水中层、以PEG为亲水外层的核壳型金属-聚合物复合纳米结构。2. 研究了这种双亲核壳结构在不同溶剂中的分散性，利用疏水相互作用研究其对疏水化合物的吸附与承载能力。研究发现，这种结构由于具有双亲的聚合物外壳可以分散于氯仿、甲苯、乙醇、水等常用溶剂和电解质溶液。研究表明，芘和竹红菌素等疏水荧光化合物能够通过疏水相互作用进入到PDMS疏水层。3. 研究荧光光谱方法研究了荧光化合物与纳米金核心之间能量转移和电子转移现象。研究发现，由于纳米金核心与荧光分子之间的相互作用的存在，光激发下的荧光分子出现淬灭现象。研究认为这种淬灭现象既存在荧光共振能量转移，也存在荧光分子向金核心的电子转移现象。其中，发生电子转移的条件特别是边界条件、纳米金核心的表面等离子体共振对电子转移的影响等问题需要进一步研究。这些研究结果为进一步设计开发纳米金和荧光染料分子纳米光电转换器件提供了研究依据，具有重要的理论意义和应用价值。