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金纳米结构因其独特的光学性质而引起了广泛的关注，这种表面等离子共振相关的光学性质对颗粒形状和尺寸非常敏感，使得会纳米结构在光子学、光电子学和生物技术等领域都有着潜在的应用。可控地制备金纳米结构，并在较大范围内调节表面等离子共振波长以使之尽可能地进入近红外光区在生物技术应用中有着尤其重要的意义。围绕对表面等离子共振波长的调节，本文将从金纳米颗粒的合成和组装两个方面展开工作。另外，构建无机纳米颗粒和纳米纤维组装材料将为人们提供具有复杂结构和性质的功能化材料，这些纳米结构可以同时具备纳米纤维的机械和电学性质以及纳米颗粒丰富的尺寸、形状依赖的光学性质。本文将金、银纳米颗粒以及金纳米壳层组装在了介孔二氧化硅纳米纤维的表面并调节了组装结构中贵金属纳米结构的表面等离子共振。
(1)金纳米棒和纳米双锥的制备及表面等离子共振调节
本文采用种子生长法分别在十六烷基三乙基溴化铵(CTEAB)、十六烷基三丙基溴化铵(CTPAB)和十六烷基三丁基溴化铵(CTBAB)水溶液中制备了单晶会纳米棒。该方法采用CTEAB稳定的种子制备了高产量的金纳米棒，其直径可以在3-11 nm之间调节，长度可以在15-350 nm之间调节，长径比可以在2-70之间调节，表面等离子共振波长可以在600-2000 nm之间调节。研究发现，随着表面活性剂分子正电荷头部体积的增大，所制备的金纳米棒的平均长径比和轴向表面等离子共振波长都会增长。
采用种子生长法在十六烷基三乙基溴化铵(CTEAB)水溶液中还可以制备五重孪晶结构的金纳米双锥。本方法采用柠檬酸三钠稳定的种子生长金纳米颗粒，所得的产物中包含金纳米双锥和少量金纳米棒。通过改变种子的投入量，金纳米双锥的直径可以在21-37 nm之间调节，长度可以在49-111 nm之间调节，长径比可以在2-3之间调节，表面等离子共振波长可以在700-1100 nm之间调节。
(2)金纳米颗粒在溶液中的组装和对NaYF4:Yb,Er纳米颗粒的发光调节
本文通过自然界中含量丰富、价格低廉的谷胱甘肽和半胱氨酸将金纳米颗粒组装为三种链状结构，分别为金纳米棒链状组装体、金纳米棒-金纳米球链状组装体以及金纳米双锥-金纳米球链状组装体。谷胱甘肽和半胱氨酸是同时具有巯基、胺基和羧基的分子，在pH值约为4的金纳米颗粒溶液中，其胺基和羧基以两性离子的形式存在。本文认为谷胱甘肽和半胱氨酸通过其巯基结合在金纳米颗粒的表面，通过两性离子之间的静电相互作用诱导金纳米颗粒的组装。
本文进一步通过调节溶液的pH值实现了由半胱氨酸分子诱导的金纳米球的可逆组装和解离。在弱酸性环境下，半胱氨酸分子之间发生静电相互作用，实现了金纳米球的组装，而在弱碱性环境下，半胱氨酸分子之间的静电相互作用被破坏，金纳米球的组装体将发生解离。金纳米球在组装状态下将发生表面等离子共振耦合，导致长波长方向出现新的消光峰，而在解离状态下，表面等离子共振耦合消失，导致长波长方向的消光峰消失。由此，可逆组装和解离金纳米球便实现了对表面等离子共振波长的可逆调控。本文还考察了反应温度、半胱氨酸浓度、链接剂链长和纳米颗粒尺寸对金纳米球组装和解离行为的影响。
这种由pH值引发的金纳米球的可逆光学响应被用来抑制NaYF4:Yb,Er纳米颗粒发射的绿光(541 nm)和可逆地开关其红光(655 nm)。该方法有效地调节了NaYF4:Yb,Er纳米颗粒的发光行为，并且对红光的可逆开关可以多次循环。本文认为通过金纳米颗粒的表面等离子共振消光来调控纳米颗粒的发光是一种简单有效的方法，与在合成和修饰过程中综合考虑多种因素来调节纳米颗粒发光的方法相比，本文所采用的方法更为简便易行。
(3)金、银纳米颗粒和金纳米壳层在介孔二氧化硅纳米纤维表面的组装和SERS应用
本文以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，在HBr溶液中制备了高产量的介孔二氧化硅纳米纤维。预先制备的金纳米球、纳米棒、纳米双锥和银纳米球通过3-硫醇丙基甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷结合在介孔二氧化硅纳米纤维的表面，改变纳米颗粒的投入量可以控制纳米纤维表面金、银纳米颗粒的密度。多分支金纳米颗粒通过种子生长法原位生长在介孔二氧化硅纳米纤维的表面，改变带有金种子的纳米纤维与金源生长溶液的比例可以调节纳米纤维表面多分支金纳米颗粒的密度。本文还采用种子诱导生长的方法在介孔二氧化硅纳米纤维的表面原位生长出了连续的金纳米壳层。在组装结构中紧密排列在介孔二氧化硅纳米纤维表面的颗粒出现了表面等离子共振耦合和新的表面等离子共振模式。
金纳米球和银纳米球与介孔二氧化硅纳米纤维的组装结构还进一步被用于表面增强拉曼(SERS)的基质材料。其中银纳米颗粒与介孔二氧化硅纳米纤维的组装结构作为基质时，可将对巯基苯甲酸和对巯基苯酚的拉曼信号放大2×105倍，将异硫氰酸罗丹明B的拉曼信号放大7×107倍。因此，这些组装结构将在基于分子振动信号的超敏感化学和生物检测中具有潜在应用。