基于纳米线和纳米阵列的针尖增强拉曼光谱及表面等离子体共振特性研究

单分子光谱是当今物理化学领域研究的热点。单分子的研究，对于揭示单分子层次上的物理和化学的基本规律，生命科学，材料科学以及单分子器件的研究具有重要意义。针尖增强拉曼光谱（TERS）是有效的实现单分子测量的光谱技术。它具有高空间分辨率和高灵敏度，可以用来揭示单分子精细结构和吸附模式以及与界面相互作用信息，从而丰富人们对有关表面增强拉曼，针尖增强拉曼机理, 金属表面等离子体共振特性以及分子的吸附特性的理解。本课题拟开展单分子量级的TERS光谱研究，并应用分子束外延等技术，在AAO模板上限域生长和自组装不同性质的表面增强活性纳米线及纳米阵列，开展基于一维纳米线的TERS远程激发和基于纳米阵列的TERS光谱研究。结合数值模拟计算，系统地研究一维纳米线与纳米阵列的表面等离子体共振特性与TERS增强机制等重要物理问题。使得人们对于分子的精细结构及其与纳米结构界面的相互作用及TERS增强机制有新的理解和认

结题摘要： （2014年，项目批准号：21073124）.该项目就针尖增强拉曼光谱和相关表面等离子体共振进行了研究，该实验工作基于一套耗时两年搭建完成的针尖增强拉曼光谱联合检测系统（TERS）。并成功实现了TERS的检测。进一步，就TERS的基底及相关表面等离子体材料（纳米线，纳米棒）和目前的热点材料石墨烯进行了系统的研究， 主要获得以下结论:.1, 石墨烯的可逆缺陷的针尖增强拉曼光谱研究： 本工作创新点在于将石墨烯光学特性与探针检测系统联合运用。借助纳米探针系统在石墨烯上产生了纳米量级的可控形态缺陷，并对此人工纳米缺陷的产生与恢复进行了光谱探测。采用金包裹的针尖靠近单层石墨烯，针尖与石墨烯碳原子的相互作用导致了石墨烯中心区域的D模激活，引起了有效的缺陷效应。而利用金纳米结构的表面增强效应使得高信噪比的石墨烯缺陷拉曼信号的探测成为可能。另外，我们利用双共振理论很好的解释了缺陷峰的产生机理。该工作以石墨烯的TERS观察为指标，应用TERS系统首次实现了石墨烯上人为缺陷的可逆控制操作，这为石墨烯的人为缺陷研究提供了新的实验基础，并对于研究缺陷模以及电声耦合相互作用机制具有重要意义，也为基于石墨烯的形态缺陷可控的纳米尺寸开关及其纳米电子功能器件的应用研究提供了新方法。.2，表面等离子体调控研究：.我们发现金属纳米颗粒的共振模式（横模和纵模）不仅依赖于长径比，还决定于端面的形貌。这一发现对于发展全新的表面等离激元调控手段具有重要的实际意义和应用价值。本工作通过改进晶种调谐生长法，并向此金纳米棒晶种中分别加入碱和酸（氢氧化钠和抗坏血酸）溶液制备出不同形状（球状端和箭头状端）金纳米哑铃，实现了表面等离激元共振调谐。在对透射电镜和吸收光谱讨论基础上，使用体积积分方程的理论方法对表面等离子吸收光谱变化过程模拟，提出了球状哑铃的团簇生长和箭头状哑铃的晶格动力学生长的不同机制。我们还开展了纳米线以及激光烧蚀法获得新型金属-金属壳层纳米颗粒等表面等离子体共振系列研究工作。同时，我们对表面等离子体纳米结构中的热点问题，如纳米结构表面等离子体调谐及生长机理研究、壳核纳米结构的制备和自组装，表面增强拉曼光谱和针尖增强拉曼光谱等展开深入研究。