贵金属纳米结构基于构象调制的光学活性

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贵金属纳米粒子具有独特的局域表面等离子体共振(SPR)效应,通过调节纳米粒子的形状、尺寸和粒子间耦合可以对SPR效应进行有效调控。各向异性贵金属纳米粒子具有丰富的SPR效应,并且其可以组装成不同构象的组装体,体现出构象调制的光学性质。等离子体圆二色效应是基于贵金属纳米粒子SPR效应的新的纳米光学研究热点。探究影响贵金属纳米粒子及其组装体等离子体光学活性的重要因素,实现纳米尺度光学活性的调控和放大,是实现手性纳米结构在光学器件、手性识别、传感等应用的前提。本文基于此研究目的,以金纳米棒及其组装体作为模型体系,完成了以下三方面的工作:  首先,构建手性分子-金纳米棒头对头和肩并肩组装体,发现金纳米棒肩并肩组装体表现出明显增强的等离子体圆二色效应。调控金纳米棒的长径比,这种构象依赖的光学活性增强变得更加明显,实验结果和理论计算证实肩并肩组装体中的金纳米棒间偶极间距的减小是导致光学活性增强的关键因素。其次,构建手性金纳米棒组装体@介孔二氧化硅核壳纳米结构。在金纳米棒形成肩并肩组装体的过程中包覆二氧化硅壳,成功实现了对金纳米棒不同程度组装体的“固定”。这种新型的手性核壳纳米材料具有可调控的增强的光学活性,更重要的是,其光学活性的稳定性得到了极大提升。  最后,以金纳米棒及其组装体为模型体系研究了贵金属纳米结构的磁圆二色效应(magnetic circular dichroism,MCD)。金纳米棒的短轴和长轴SPR模式表现出截然不同的MCD响应,这是由金纳米棒的各向异性结构导致的。进一步地,通过改变金纳米棒的长径比或构建不同模式的金纳米棒组装体可以实现等离子体MCD效应的调控。理论计算表明体系的(有效)结构因子是实现纳米尺度等离子体MCD效应调控的关键因素。  本文揭示了贵金属纳米粒子及其组装体的结构因素(纳米粒子的形状、尺寸、组装体的构象等)是影响其光学活性的重要因素,为构建光学活性纳米结构并实现其应用提供了理论指导。
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