等离激元纳米材料表面局域温度测量方法

发布日期:2018-10-15     浏览次数:866次    发布者:刘春英    

任斌教授课题组在等离激元材料表面局域温度的测量方法取得重要进展,相关结果“Quantifying Surface Temperature of Thermoplasmonic Nanostructures”于近日发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b06083)。

金属纳米结构的局域表面等离激元共振(LSPR)效应可以极大提高其光吸收效率,激发的表面等离激元在弛豫过程中可以产生热效应,从而在热疗和光催化等领域得到应用。但纳米结构的空间排布、材料组成和尺寸等都将导致不同金属纳米结构的光热效应差异巨大。而且,由于LSPR效应强烈局域在金属表面纳米尺度范围内,如何精确测量光催化反应过程中最为重要的材料极表层的温度至仍是一个巨大的挑战。

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该工作中,他们利用吸附在金纳米粒子表面的异氰苯分子的N≡C键振动频率对温度异常敏感的现象,通过表面增强拉曼光谱(SERS)检测谱峰频移,实现了对表面温度高灵敏(0.43)的检测。而且由于N≡C键直接与最表层的金原子作用,因此能够最真实的反映材料表面温度的变化。该方法成功用于电化学环境下一氧化碳光热脱附过程的温度表征。该SERS测温的方法还可以用于复杂的生物体系,实现了单个活细胞黏附的不同区域的温度成像,发现当外部环境温度发生变化时细胞会通过调控自身的代谢水平以适应环境变化。通过对纳米粒子表面修饰,粒子可以进入细胞内部,原位跟踪单个细胞主动运输钙离子时细胞内局域温度的变化,描述了细胞生理过程中内部温度的涨落,为深入理解细胞代谢机制提供了可能。表面等离激元材料表面温度的获取还将有助于分离表面等离激元增强化学反应中的热效应和载流子效应,指导理性设计高效的LSPR材料,而且为监测细胞生理过程提供了一种重要的纳米温度探针。

该研究是在任斌教授指导下,由我院2013级直博生胡树、已毕业博士生刘必聚及已出站博士后冯加民作为共同第一作者合作完成。吴德印教授为理解随温度变化的分子振动频率的改变提供了指导。

研究工作得到了国家自然科学基金委(216330052179035421711530704 21621091),科技部(2016YFA02006012013CB933703)项目的支持。

 

论文连接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b06083