1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200241
2 重庆市精密光谱重点实验室 华东师范大学重庆研究院 重庆 401120
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
等离激元金属纳米结构中的Fano共振,由于其在超灵敏传感、超材料、光开关和非线性光学器件等方面的潜在应用而引起了广泛的关注。但在单颗粒尺度下单个金属纳米二聚体结构的Fano共振的实验研究仍然很少。本研究基于单颗粒光谱技术从实验上探讨了二聚体结构产生的Fano共振现象。利用种子生长法制备了等离激元共振峰分别在1 060 nm和700 nm的一长一短金纳米棒,通过L-半胱氨酸分子的静电吸附自组装构建首尾相连的金纳米棒二聚体结构,在暗场显微系统中表征了金纳米棒二聚体耦合前后的散射光谱。结果表明,短金纳米棒的明偶极模式与长金纳米棒的暗四极模式间的相消干涉在660 nm处产生了明显的Fano共振谷,同时基于有限差分时域(FDTD)方法的理论模拟散射光谱与实验结果能够较好地符合。这种自组装金纳米棒二聚体在等离激元传感和探测等方面具有广阔的应用前景。
Fano共振 二聚体 金纳米棒 散射 fano resonance dimer gold nanorods scattering 量子光学学报
2023, 29(2): 020801
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Luminescence and Optical Information, Ministry of Education, School of Physical Science and Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
As typical quarternary copper-based chalcogenides, Cu–Zn–Sn–S nanocrystals (CZTS NCs) have emerged as a new-fashioned electrocatalyst in hydrogen evolution reactions (HERs). Oleylamine (OM), a reducing surfactant and solvent, plays a significant role in the assisting synthesis of CZTS NCs due to the ligand effect. Herein, we adopted a facile one-pot colloidal method for achieving the structure evolution of CZTS NCs from 2D nanosheets to 1D nanorods assisted through the continuous addition of OM. During the process, the mechanism of OM-induced morphology evolution was further discussed. When merely adding pure 1-dodecanethiol (DDT) as the solvent, the CZTS nanosheets were obtained. As OM was gradually added to the reaction, the CZTS NCs began to grow along the sides of the nanosheets and gradually shrink at the top, followed by the formation of stable nanorods. In acidic electrolytic conditions, the CZTS NCs with 1.0 OM addition display the optimal HER activity with a low overpotential of 561 mV at 10 mA/cm2 and a small Tafel slope of 157.6 mV/dec compared with other CZTS samples. The enhancement of HER activity could be attributed to the contribution of the synergistic effect of the diverse crystal facets to the reaction.
2D nanosheets 1D nanorods structure evolution Cu−Zn−Sn−S electrocatalytic hydrogen evolution Journal of Semiconductors
2023, 44(12): 122701
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学 软件学院, 山西 太原 030051
3 中北大学 信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
4 岭南师范学院 物理科学与技术学院, 广东 湛江 524048
为了研究超表面结构的耦合及折射率传感特性，设计了一种由两种长度不同的纳米棒组成的二聚体结构，并研究该结构的透射光谱，共振峰处的电场和电荷分布以及结构参数对透射光谱的影响。本文采用有限元法对光学性能进行仿真分析，采用准静态逼近模型解释了平行双纳米棒结构的耦合机理。在共振波长上模拟电场分布,分析电子振动模式，在透射光谱中出现了不对称线型的双Fano共振。结果表明,双Fano共振是由纳米棒和衬底之间的耦合作用产生的，可以通过结构参数和周围介质的折射率来调控，且基于Fano共振的折射率灵敏度最大可达1.137 μm/RIU。这些研究结果为设计等离激元传感器提供了理论依据。
等离激元超表面 Au纳米棒 双Fano共振 折射率传感器 plasmonic metasurfaces Au nanorods double Fano resonance refractive index sensor
安徽农业大学轻纺工程与艺术学院, 合肥 241000
以均匀有序的聚丙烯腈(PAN)纳米柱阵列薄膜为基材, 结合水热法以及离子溅射方法制备大面积有序的Fe2O3@Ag纳米棒复合结构阵列。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线衍射仪以及拉曼光谱仪对复合材料进行表征。以罗丹明6G(R6G)和4-氨基苯硫酚(4-ATP)为探针分子, 对结构阵列的表面增强拉曼散射(SERS)性能进行研究。结果表明,制备的结构阵列具有较高的SERS活性和信号均匀性, 对R6G和4-ATP可以实现10-10 M和10-9 M低浓度探测。以10-6 M的4-ATP为探针分子, 计算得到基底的SERS信号相对标准偏差(RSD)值为7.5%。所制备的复合结构在SERS检测中具有良好的潜力。
水热法 PAN纳米柱阵列 氧化铁纳米棒 Ag纳米颗粒 hydrothermal method PAN nanopillar array Fe2O3 nanorods Ag nanoparticles SERS SERS
1 辽宁石油化工大学石油化工学院, 辽宁 抚顺 113001
2 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 沈阳 113122
在催化领域, 氧化锌纳米棒因其在径向上具有纳米粒子的小尺寸效应、纵向上具有体相材料的宏观特性, 而受到越来越多的关注。采用改进的溶剂热法合成ZnO纳米棒, 采用分步法加入Zn2+与NaOH。通过X射线衍射, 扫描电子显微镜等方法对样品进行表征, 探究了聚乙二醇(PEG)辅助ZnO纳米棒合成的作用机理以及NaOH的加入方式对ZnO纳米棒形貌控制规律的影响, 研究了不同长/径的ZnO纳米棒的脱硫性能。结果表明: PEG的分子量对ZnO纳米棒的形貌有着显著影响, PEG分子量为20 000时, 能够在温和的溶剂热条件下, 控制合成出长度为3~4 ?倕 m, 直径为250 nm左右的ZnO纳米棒, 分步法加入NaOH优于一步法加入NaOH。将合成的ZnO纳米棒负载金属氧化镍制成脱硫剂, 大长/径的棒状ZnO脱硫剂的脱硫率高达98.2%, 同时具有良好的再生性能。
氧化锌 纳米棒 聚乙二醇 溶剂热 脱硫 zinc oxide nanorods polyethylene glycol solvothermal desulfurization
1 1.上海理工大学, 材料与化学学院, 上海 200093
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室, 上海 200050
为了清除皮肤肿瘤手术切除后的残余肿瘤细胞并促进皮肤伤口愈合, 开发一种具有肿瘤治疗和促进皮肤伤口愈合功能的水凝胶具有重要意义。本研究以水合硅酸钙纳米线为基体材料, 以NaCl和KCl为熔盐介质, CuSO4•5H2O为铜源, 采用熔盐法制备了含铜硅酸钙(Cu-CS)纳米棒, 并将其复合到海藻酸钠水凝胶得到Cu-CS纳米棒复合水凝胶(Cu-CS/SA)。实验结果表明, 随着铜盐添加量增大和熔盐处理温度升高, Cu-CS纳米棒的Cu含量逐渐上升, 但其催化过氧化氢(H2O2)生成羟基自由基(•OH)的性能呈现先升高后下降的趋势; 在3%铜盐添加量和熔盐处理温度700 ℃条件下所制备的3Cu-CS纳米棒具有最佳的催化性能, Cu元素均匀地分布在纳米棒表面, 其价态为+2价, 且Cu元素的含量极低, 仅为0.61%。细胞实验发现Cu-CS纳米棒含量不超过20%的复合水凝胶具有良好的生物相容性, 并且Cu- CS/SA水凝胶在模拟肿瘤微环境条件下能催化H2O2生成高细胞毒性的•OH, 进而实现化学动力学治疗肿瘤的效果, 同时还能促进血管内皮细胞和成纤维细胞的增殖和迁移。因此, Cu-CS纳米棒复合水凝胶有望用于皮肤肿瘤术后治疗。
熔盐法 含铜硅酸钙纳米棒 水凝胶 化学动力学治疗 皮肤伤口愈合 molten salt method copper-incorporated calcium silicate nanorods hydrogel chemodynamic therapy skin wound healing
1 南昌航空大学航空制造工程学院，江西 南昌 330063
2 宿州学院化学化工学院，安徽 宿州 234099
3 江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西 南昌 330024
基于金纳米颗粒薄膜基底和金纳米棒薄膜基底，使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对环丙沙星（CIP）的含量进行了分析检测，为食品中CIP残留检测提供了新方法。通过使用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米颗粒胶体，以及通过晶种生长法制备金纳米棒胶体，以应用于SERS增强基底。通过不同激发光波长对CIP进行SERS检测，确定了最佳激光波长为780 nm。使用校正集CIP标准溶液，建立CIP浓度-SERS信号强度的工作曲线，使用检验集样本观察工作曲线的预测能力。结果表明：使用金纳米颗粒基底进行CIP的SERS检测，回收率在97.1%~105.0%；使用金纳米棒基底进行SERS检测，回收率在96.3%~121.8%。因此，SERS在检测CIP抗生素领域具有高灵敏度、快速检测等优势。
医用光学与生物技术 表面增强拉曼光谱 环丙沙星 金纳米颗粒 金纳米棒 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2317001
山东省激光偏光技术重点实验室, 曲阜师范大学, 山东 曲阜 273165
研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针, 并对探针的SERS性能进行检测。 探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。 结果表明, 将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导, 在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。 金纳米棒溶液的浓度、 激光功率、 诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。 实验利用功率为5 mW的激光进行诱导, 在1.5×10-9, 1.0×10-9和7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液中, 经5 min沉积, 制备出不同图案的光纤SERS探针。 采用晶种法合成金纳米棒, 用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌, 并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。 用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌, 7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 金纳米棒在光纤端面分布较为分散, 而1.5×10-9和1.0×10-9 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。 以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子, 通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测; 为了方便比较, 选取了拉曼频移1 079.972 cm-1处的拉曼强度作图, 结果表明, 金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时, 经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。 采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布, 进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时制备的光纤探针性能较好的原因。 为了检验光纤探针的重复性, 将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时, 使4-ATP充分溶解在酒精中, 15天后, 再次检测光纤探针的SERS检测性能, 得到与之前检测同样的光谱图, 证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。 激光诱导制备光纤探针具有操作简单、 成本低廉、 探针制备时间短等优点, 能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、 批量制备。
金纳米棒 激光诱导 光纤探针 Gold nanorods Laser induction FDTD Fiber probe FDTD 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3454
Author Affiliations
Abstract
1 Research and Education Center “Materials”, Don State Technical University, No. 1 Gagarin sq., Rostov-on-Don, 344000, Russia
2 Vorovich Mathematics, Mechanics and Computer Sciences Institute, Southern Federal University, No. 200/1 Stachki Str. Rostov-on-Don, 344090, Russia
3 Southern Research Center RAS, No. 41 Chehova Str., Rostov-on-Don, 344006, Russia
4 The Smart Materials Research Institute, Southern Federal University, No. 178/24 Sladkova Str. Rostov-on-Don, 344090, Russia
Efficiency of the piezoelectric chemisensors may be considerably enhanced by use of zinc oxide nanorods as sensing elements. ZnO nanorod arrays being good piezoelectric materials possess large surface area, which provides extra benefits for chemisorption and photodetection. Highly oriented nanorod arrays are typically prepared onto highly crystalline substrates, whereas the nanorods growth onto metal contacts meets significant technological difficulties. In this paper, we report on carbothermal, electrochemical, and hydrothermal techniques of ZnO nanorod arrays synthesis on metal contacts. The optical and structural properties of the obtained nanorods were studied using scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and luminescence spectroscopy. A reliable technique was developed for obtaining ohmic contact with the grown nanorods. I–U curves of prepared contact were studied. Carbothermal synthesis made it possible to obtain the most crystallinely perfect, homogeneous, and dense arrays of nanorods and control the concentration of point defects by changing the synthesis parameters over a wide range. The electrochemical synthesis demonstrated excellent results for synthesis of ZnO nanorods on the surface of resonator electrodes.Efficiency of the piezoelectric chemisensors may be considerably enhanced by use of zinc oxide nanorods as sensing elements. ZnO nanorod arrays being good piezoelectric materials possess large surface area, which provides extra benefits for chemisorption and photodetection. Highly oriented nanorod arrays are typically prepared onto highly crystalline substrates, whereas the nanorods growth onto metal contacts meets significant technological difficulties. In this paper, we report on carbothermal, electrochemical, and hydrothermal techniques of ZnO nanorod arrays synthesis on metal contacts. The optical and structural properties of the obtained nanorods were studied using scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and luminescence spectroscopy. A reliable technique was developed for obtaining ohmic contact with the grown nanorods. I–U curves of prepared contact were studied. Carbothermal synthesis made it possible to obtain the most crystallinely perfect, homogeneous, and dense arrays of nanorods and control the concentration of point defects by changing the synthesis parameters over a wide range. The electrochemical synthesis demonstrated excellent results for synthesis of ZnO nanorods on the surface of resonator electrodes.
Hydrothermal synthesis electrochemical synthesis carbothermal synthesis upper contact ZnO nanorods Journal of Advanced Dielectrics
2022, 12(1): 2160020
1 太原学院 材料与化学工程系，山西太原030032
2 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001
为了获得具有多波段响应的ZnO基宽光谱光电探测器，将ZnO与其它窄带隙半导体耦合构建异质结，并基于此制备了光电探测器。本文采用水热法结合连续离子层吸附反应法在FTO衬底上成功制备了ZnO纳米棒/Bi2S3量子点异质结材料。通过扫描电子显微镜和能谱仪表征了ZnO纳米棒/Bi2S3量子点异质结的表面形貌和元素组成。结果表明，Bi2S3量子点均匀且致密地附着在整个ZnO纳米棒上。此外，基于该ZnO纳米棒/Bi2S3量子点异质结制备的探测器能够在无外加偏压条件下工作，即具有自供能特性。与ZnO纳米棒探测器相比，ZnO纳米棒/Bi2S3量子点探测器在紫外光照射下的光电流增大了0.065 mA，这主要是因为两者形成的异质结能够有效抑制光生载流子的复合。此外，ZnO纳米棒/Bi2S3量子点探测器对可见光也具有优异的探测能力，其对波长为470 nm的蓝光和530 nm的绿光的探测均表现出良好的循环稳定性。
异质结 紫外探测 可见光探测 ZnO纳米棒 Bi2S3量子点 heterojunction UV photodetection visible light photodetection ZnO nanorods Bi2S3 quantum dots 光学 精密工程
2022, 30(16): 1915
