表面增强双光子反应的高空间分辨率监测及增强机制研究

金属纳米材料对光化学反应尤其是多光子吸收化学反应的表面增强作用日益受到人们重视。此类反应体系具有高度的空间非均一性和复杂的动力学性质，传统的研究技术手段难以同时揭示这两方面的复杂性，这在很大程度上阻碍了人们对表面增强机制的深入了解。本项目拟将单分子荧光检测、光斑质心定位、散焦成像等手段相结合，发展建立一套实时、原位的超分辨荧光检测技术，并采用具有双光子激活荧光性质的染料分子体系，研究金、银等贵金属纳米材料对双光子反应的增强作用，进而研究此增强作用与金属表面等离子体性质之间的关系，具体包括：1）通过考察双光子反应活性的空间分布规律，研究反应活性与金属表面局域电磁场强度之间的关系；2）通过考察反应活性随分子取向的统计变化规律，研究局域电场偏振性质对双光子反应的影响。研究结果将揭示表面等离子体与分子之间的相互作用机制，开拓表面等离子学在太阳能转换、光催化等领域的应用。

具有表面等离子激元效应的金属纳米材料在生物学检测与成像及光能转换利用等方面有很好的应用前景。本项目围绕贵金属纳米材料对光物理化学反应特别是非线性光学过程的表面增强作用开展了一系列研究，主要内容包括：1）设计并制备了不同形貌的金、银纳米粒子与荧光染料分子、半导体量子点、稀土上转换纳米粒子等的复合体系，探索了这些体系在生物传感及成像等方面的应用；2）研究了金属纳米粒子与具有双光子吸收特性的染料分子之间的作用机制，采用单分子荧光技术对表面增强热点进行了超分辨成像，发展了进行实时、原位检测的新技术；3）结合理论模拟研究了表面增强热点与纳米结构之间的关系，研究了金纳米粒子与半导体量子点复合体系的电磁诱导透明效应；4）研究了金纳米粒子对稀土纳米粒子上转换发光性质的影响，探讨了表面增强效应和荧光淬灭效应与复合体系结构之间的构效关系。项目基本完成了申请书的计划目标，取得了一些有益的研究成果，有助于深入理解表面等离子体与激子之间的相互作用机制，并为新型金属纳米粒子复合功能体系的设计开发提供了新的思路。共发表SCI论文8篇。