高效贵金属介观超结构的单颗粒SERS特性研究

本项目拟对贵金属Au、Ag介观超结构的单颗粒表面增强拉曼散射（SERS）特性进行系统而深入的研究。首先，采用以纳米粒子为基本构筑单元的介观组装途径来合成可控的贵金属Au、Ag介观超结构。通过对反应条件及反应中形核与长大过程的深入研究，揭示贵金属介观结构的尺寸、形状及表面拓扑形貌的控制规律，理解有序化介观组装的物理本质。在此基础上，通过对不同贵金属介观超结构的SERS性能的测定，研究独特的介观结构对SERS性能的影响，理解金属纳米结构的尺寸、形状、表面拓扑形貌及组装体等因素对表面等离子激元共振的作用机制。期望获得高重复性、高增强效率的单一颗粒及颗粒密排阵列的SERS基体。研究结果将使人们进一步认识晶体生长的新现象、新规律，完善现有溶液中晶体生长的基本理论；也将使人们更深入地理解材料中光、分子和纳米结构三者之间相互作用的物理本质。因此，本研究具有重要的学术价值和应用前景。

本项目针对表面等离激元增强拉曼光谱领域检测灵敏度低、信号重复性差的问题，采用以纳米粒子为基本单元的介观组装途径，系统研究具有介观多级超结构特征的新型贵金属纳米结构的制备新方法，揭示了介观超结构的调控机理及光与介观多级超结构相互作用的基本规律和物理本质，深入探讨了介观超结构材料在增强光谱技术及生物医学等领域应用的一系列重要科学问题。.本项目基于前期所提出的海胆状金介观超结构新型表面增强拉曼散射（SERS）基底的设计思路（代表性工作发表在Nano Letters，2010, 10, 5006上），深入研究了海胆状金-银合金超结构单颗粒的SERS特性，实现了单颗粒SERS的检测灵敏度达到~109水平，单颗粒SERS对CV分子检测限可达到10-10水平，大面积阵列的信号重现性标准偏差<10%。通过对晶体生长中形核与长大过程的深入研究，发展了多个基于晶体生长Lamer曲线调控的尺寸、形态控制新方法，实现了贵金属金、银纳米结构表面拓扑形貌的精细调控，获得了颗粒附生的褶皱纳米线、金介观花、银介观花、银超晶格阵列等一系列介观结构，并研究了这些结构在等离子体纳米光学、生物、催化、能源存储等领域的应用。.本项目相关成果在Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, ACS Catalysis及Biomaterials等期刊发表SCI论文19篇，授权国家发明专利2项，19篇论文SCI引用超过270次。做国际国内学术会议邀请报告6次，担任Scientific Reports等国际、国内学术期刊编委，产生了广泛的学术影响。研究成果得到了包括多位美国科学院院士Richard P. Van Duyne教授，Naomi Halas教授及基于SERS技术单分子检测的发现者之一，美国Emory大学Shuming Nie等国际著名学者在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev.等权威期刊的引用和高度评价。