渤海大学 物理科学与技术学院, 辽宁 锦州 121013
金纳米粒子具有较大光吸收截面和光谱选择性, 在激光点火含能材料中具有极大的应用潜力。本文根据目前实验中所制备的纳米金属复合炸药的结构和尺寸, 构建了三种复合炸药的光吸收模型, 分别为Au核RDX壳球形纳米粒子, Au-RDX-Au-RDX均匀相间的球形纳米粒子, 以及RDX核Au壳的纳米粒子。利用离散偶极近似方法(DDA)对纳米金复合炸药的近红外吸收光谱进行了分析, 并考虑了多种模型核壳尺寸及周围环境介质对光吸收性质的影响。获得了近红外光辐照下, 纳米复合结构的最佳结构尺寸参数。结果表明, 当制备成纳米级Au核RDX壳球形粒子时, 其对近红外光(800 nm)波长具有较高的光吸收, 相应的核壳尺寸约为60 nm和20 nm左右, 且在水中的吸收要比在空气中的吸收强。
金纳米粒子 近红外激光点火 核壳尺寸 吸收光谱 gold nanoparticles near-infrared laser ignition core shell size absorption spectroscopy
以能源开发(如光解水制氢)及环境保护(如有机物降解)应用为目标, 负载型贵金属催化剂在设计、制备及理论研究方面已取得了长足的发展。本工作以具有特异形貌及结构的树枝状二氧化硅纳米球载体为基础, 通过溶胶-凝胶法在其孔道引入二氧化钛纳米颗粒形成硅钛杂化结构。通过有机改性技术, 在树枝状硅钛杂化纳米球表面接枝氨基官能团。然后, 通过浸渍法和硼氢化钠还原手段, 在杂化纳米球孔道负载超细金纳米粒子。不同手段表征结果显示实验成功制备了树枝状硅钛杂化纳米球负载金纳米颗粒复合材料。在模拟太阳光下, 所得催化剂光解水产氢量及速率为69.08 μmol·g-1和13.82 μmol·g-1·h-1, 约为对比样催化剂(树枝状二氧化硅纳米球负载金纳米粒子)的7倍。在无光条件下, 其降解对硝基苯酚的表观动力学常数为6.540×10-3 s-1, 约为对比样的17倍(0.372×10-3 s-1)。由此可见, 设计合成的新型催化剂展现出优越的多功能催化活性。
树枝状纳米球 硅钛杂化结构 金纳米粒子 光解水制氢 对硝基苯酚还原 dendritic nanospheres silica&titania hybrid gold nanoparticles photocatalytic water splitting for hydrogen production p-nitrophenol reduction
中国海洋大学青岛市光学光电子重点实验室，山东 青岛 266100
为了解决目前水中纳米塑料颗粒难以富集和检测的问题，基于金（Au）纳米粒子和聚苯乙烯（PS）纳米粒子的混合流体，使用自搭建的光操控-显微拉曼系统实现了PS纳米粒子的光热效应捕获和检测，并研究了混合流体中PS纳米粒子的光热效应及表面增强拉曼散射（SERS）信号增强效果。结果显示，PS纳米粒子（80 nm）的运动速度受到金纳米粒子粒径和浓度的影响，随着时间的增加光热阱中会形成直径为30 μm的Au-PS聚集体。PS纳米粒子的SERS信号强度在聚集体内比金溶胶基底提高了7倍，并且密度随着聚集体半径的扩展先增加后减小。该方法实现大量PS纳米粒子的光热效应捕获和SERS检测，显著提高PS纳米粒子的SERS信号强度并且降低了检测限。该方法在纳米器件自组装、环境污染监测等方面具有极大的应用潜力。
表面光学 光操控 光热效应 纳米塑料 金纳米粒子 表面增强拉曼散射 光学学报
2022, 42(16): 1624001
1 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 201306
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
山药是一种富含多种物质的中药材，确保山药的安全使用具有重要的意义。使用Gaussview/Gaussian09w软件对农药倍硫磷、三唑磷和福美双进行理论计算，结合农药标准溶液的表面增强拉曼光谱（SERS），确定了三种农药的拉曼特征峰。利用自组装共聚焦显微拉曼光谱仪，以金纳米溶胶作为SERS的增强基底，对中药材山药中倍硫磷、三唑磷、福美双农药残留进行了研究。实验优化了待测农药、盐酸、金溶胶粒子体积配比。实验结果表明：倍硫磷农药的拉曼谱峰带在717，1050，1221 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，且在5~15 mg?L-1范围内的拉曼峰强度与倍硫磷浓度的线性度（R）为0.9762；三唑磷的拉曼谱峰带在611，978，1001，1321，1408，1597 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，在5~9 mg?L-1范围内的R为0.9087；福美双的拉曼谱峰带在556，865，1146，1506 cm-1附近，最低检测限达到0.1 mg?L-1，且在0~20 mg?L-1范围内的R为0.9905。以金纳米溶胶作为SERS增强基底的拉曼光谱检测技术有望实现对中药中农药残留的现场快速检测。
成像系统 表面增强拉曼光谱 拉曼特征峰 金纳米粒子 农药残留 拉曼光谱仪 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0417001
强激光与粒子束
2021, 33(11): 119001
苏州大学材料与化学化工学部, 江苏 苏州 215123
贵金属纳米结构表面等离激元共振(SPR)因其广泛的用途而备受关注, 它不仅可以催化某些特殊的表面反应, 同时还能产生表面增强拉曼散射效应(SERS), 极大增强分子的表面拉曼信号, 因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。 目前此类研究主要集中在氮氮(N=N)偶联, 因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。 采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸(OMBA)分子在金纳米粒子单层膜(Au MLF)表面的脱羧行为。 通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜, 以此作为基底, 探讨了溶液pH值、 激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。 研究结果表明, 吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应, 生成苯硫酚(TP), 且碱性中反应活性大于中性溶液。 在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。 较强的激光功率, 脱羧反应的活性越高; 产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系, 时间延长可提高脱羧反应的产率。 这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。
表面等离激元共振 表面增强拉曼光谱 催化脱羧 邻巯基苯甲酸 金纳米粒子单层膜 Surface plasmon resonance (SPR) Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) Catalyzed decarboxylation Ortho-mercaptobenzoic acid Au nanoparticles monolayer film 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3153
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所，天津300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津，300350
3 天津市光电传感器及传感网络技术重点实验室，天津，0050
4 上海工程技术大学 数理与统计学院，上海201620
5 南京师范大学 计算机与电子信息学院，南京210023
6 东南大学 先进光子学中心，南京21009
7 山东师范大学 光场调控与应用协同创新中心，济南250358
基于麦克斯韦应力张量理论，对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例，从粒子在聚集场中的受力情况出发，分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性。研究结果表明，当使用圆对称聚焦场时，可对边长为50~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获；当使用三角形聚焦场时，在粒子以和聚焦场形状匹配的角度进入聚焦场的情况下，可对边长为100~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获。将圆对称聚焦场和三角形聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性进行比较，发现三角形聚焦场在x方向的捕获力要强于圆对称聚焦场；而在y方向，三角形聚焦场对粒子的捕获范围要大于圆对称聚焦场。该工作研究了三角形的金属纳米粒子在不同形状聚焦场下的光力捕获特性，为基于非球形金属粒子的光学操纵在拉曼光谱超分辨成像、粒子微加工等领域的应用奠定了理论基础。
光镊 三角形金纳米粒子 径向矢量光场 紧聚焦 光力 Optical tweezers Triangular gold nano-particles Radially polarized beam Tightly focusing Optical force
1 云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
2 曲靖师范学院物理与电子工程学院, 云南 曲靖 655011
用金纳米粒子(Au NPs)作为基底,基于罗丹明6G(R6G)探针分子拉曼特征峰随pH的变化,构建了一种具有表面增强拉曼散射(SERS)信号输出的pH传感器。由于(闭)开环形式下存在的(去)质子化R6G分子吸附于增强基底表面的倾斜度取向不同,R6G在不同pH下表现出了不同的SERS活性。根据寻找到的R6G在1363 cm -1和1314 cm -1位置处的SERS光谱峰面积比与pH的线性关系,设计出pH传感器。实验结果表明:R6G的SERS信号在室温下可以稳定2 h以上;当样品溶液pH在7和3之间转换时,传感器表现出了较好的恢复性。在pH检测过程中引入其他金属阳离子后,该探针表现出了对H +较好的选择性。通过检测实际样品的pH发现,该探针的分析性能良好,适于在酸性介质中检测pH。
光谱学 表面增强拉曼散射 pH传感器 罗丹明6G 金纳米粒子
上海师范大学化学与材料科学学院, 上海 200234
从复杂样表面有效提取目标分析物对于将表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术推广到实际应用具有重要意义。本文通过利用透明性和粘合性的胶带与具有良好SERS活性的沉积在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)表面的金纳米粒子阵列(AuNPs)相复合作为SERS基底, 提出了一种应用于果蔬农药残留的SERS光谱快速检测方法。采用柔性胶带将分析物从实际的样品表面方便快捷地转移到作为SERS基底的金纳米粒子阵列(AuNPs/ITO)上, 通过简捷的“粘贴, 剥离和再粘贴”的过程直接提取水果和蔬菜表面的农药残留, 如福美双等, 实现对果蔬农药残留的SERS光谱快速检测。这一研究能够为相关检测技术的建立提供有益的信息。
表面增强拉曼散射光谱 胶带 金纳米粒子 电沉积 福美双 surface-enhanced Raman scattering spectroscopy tape thiram gold nanoparticles electrodeposition
