贵金属纳米结够的表面等离子体共振
基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)
2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。
本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。
本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。
关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。
表面等离子体共振的原理
表面等离子体共振的原理
一、表面等离子体共振的原理
表面等离子体共振实际上指的是表面等离子体（SPR）的一种特性，它是一种银膜上的金属表面，当一种特定的光被照射在金属表面上时，会发生等离子体拉曼散射，这种散射的角度和金属表面和它上面覆盖物的有机分子吸附量有关，当有机分子吸附在金属表面上时，它会引起表面等离子体的共振。
这种现象又被称为表面共振强度或表面等离子体共振效应（SPR）。
表面等离子体共振的原理主要可以归结为以下三个主要的现象。
1、表面等离子体拉曼散射（SPR）：表面等离子体拉曼散射（SPR）是指在表面上照射一定波长的光时产生的一种特殊的散射现象，这种散射的角度和表面层和它上面覆盖物的厚度有关。
当表面有机分子在金属表面上吸附时，会引起表面等离子体拉曼散射。
由于表面等离子体拉曼散射的角度会随着厚度或吸附分子的变化而变化，因此，可以通过测量这种角度的变化来确定有机分子的厚度及吸附数量。
2、表面共振强度：表面共振强度是指入射到表面时，在特定波长范围内出现的反射波强度比现象。
当表面有机分子吸附量到达一定的特定的值时，金属表面的反射率会突然增加。
这种现象被称为表面共振现象，表面共振现象可以用来探测表面有机分子的变化。
3、表面等离子体效应：当表面有机分子吸附量到达一定的特定的值时，穿过金属表面的光的折射率会发生变化。
这种现象被称为表面等离子体效应，可以用来探测表面上有机分子的变化。
总的来说，表面等离子体共振的原理是表面有机分子变化会引起表面等离子体拉曼散射、表面共振强度以及表面等离子体效应的变化，从而可以探测表面上有机分子的变化。
表面等离子体共振原理及其化学应用
表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。
1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。
后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。
由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。
1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。
等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。
当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。
对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。
金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。
这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。
金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池光电转换效率的研究进展
第３３卷第４期２０１３年１２月 光 电 子 技 术ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０１３檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸殠殠殠殠动态综述金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池光电转换效率的研究进展＊沙春芳１，２，李 衡１，杨 潇１，盛传祥１（１．南京理工大学电子工程与光电技术学院，南京２１００９４；２．盐城师范学院物理科学与电子技术学院，江苏盐城２２４０００）摘 要：介绍了应用金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池效率的最新研究进展。
表面等离子体激元的激发取决于纳米结构的材料、尺寸、形状、密度、和周围的电介质环境等参数。
调控这些参数，可以有效利用金属纳米结构增加有机太阳能电池活性层的光吸收，同时金属纳米结构表面增强的电场可促进光激子解离为载流子。
因此，应用金属纳米结构的表面等离子体激元将是进一步增加有机太阳能电池的光电转换效率的重要方案。
关键词：表面等离子体激元；有机太阳能电池；金属纳米颗粒中图分类号：ＴＭ９１４．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－４８８Ｘ（２０１３）０４－０２１７－０９Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｂｙＳｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ＮａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＳｈａ Ｃｈｕｎｆａｎｇ１，２，Ｌｉ Ｈｅｎｇ１，Ｙａｎｇ Ｘｉａｏ１，Ｓｈｅｎｇ Ｃｈｕａｎｘｉａｎｇ１（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，ＣＨＮ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２４０００，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｐ－ｔｏ－ｄａｔｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｎａｎｏｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｎ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｓｉｚｅ，ｓｈａｐｅ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｌｉｇｈｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ．Ｆｕｒ－ｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｅｘｃｉｔｉｏｎｓ ｉｎｔｏ ｃｈａｒｇｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｍ－ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｓｔｒｏｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｎｅａｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｐ－ｐｌｙｉｎｇ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｉｓ ｄｅｅｍｅｄ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｗａｙ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｐｈｏ－ｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｕｒｔｈｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ；ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ；ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ＊收稿日期：２０１２－１０－２０基金项目：国家自然科学青年基金项目（６１００６０１４）作者简介：沙春芳（１９７３—），女，讲师，硕士研究生，研究方向为有机太阳能电池的制备和性能研究；（Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｃｈｕｎ－ｆａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ）李 衡（１９７４—），女，讲师，博士，主要从事有机薄膜光电材料的生长和光学研究；杨 潇（１９８８—），男，博士研究生，研究方向为有机太阳能电池和器件的制备和性能研究。
Al纳米颗粒表面等离子体共振峰可控性研究_马守宝
A OS网络预出版：标题：Al纳米颗粒表面等离子体共振峰可控性研究作者：马守宝,刘琼,钱晓晨,洪瑞金,陶春先收稿日期：2017-03-21录用日期：2017-05-18DOI：10.3788/aos201737.0931001引用格式：马守宝,刘琼,钱晓晨,洪瑞金,陶春先. Al纳米颗粒表面等离子体共振峰可控性研究[J].光学学报,2017,37(09):0931001.网络预出版文章内容与正式出版的有细微差别，请以正式出版文件为准！————————————————————————————————————————————————————您感兴趣的其他相关论文：1064 nm分振幅光偏振测量仪的多层介质分束镜的设计和制备袁文佳 沈伟东 章岳光 郑晓雯 沐 雯 方 波 杨陈楹 刘 旭浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027光学学报,2017,37(5):0531001 激光诱导薄膜等离子体点燃时间及其影响因素汪桂霞 苏俊宏 徐均琪 杨利红 吴慎将西安工业大学光电工程学院， 陕西 西安 710021光学学报,2017,37(4):0431001 南极大型天文望远镜主镜膜层防霜方法王晋峰 王烨儒 田杰中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042光学学报,2017,37(4):0431002基于柔性显示器件的氧化铝介电层室温制备姚日晖 郑泽科 曾勇 胡诗犇 刘贤哲 陶瑞强 陈建秋 蔡炜 宁洪龙 徐苗 王磊 兰林锋 彭俊彪华南理工大学材料科学与工程学院高分子光电材料与器件研究所, 发光材料与器件国家重点实验室,广东 广州 510640光学学报,2017,37(3):0331001基于VO<sub>2</sub>相变的热致型智能辐射器设计蒋蔚 李毅 陈培祖 伍征义 徐婷婷 刘志敏 张娇 方宝英 王晓华 肖寒上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093光学学报,2017,37(1):0131001网络出版时间：2017-05-19 17:48:25网络出版地址：/kcms/detail/31.1252.o4.20170519.1748.012.htmlAl纳米颗粒表面等离子体共振峰可控性研究马守宝刘琼钱晓晨洪瑞金陶春先*1上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海2000932上海市现代光学系统重点实验室，上海2000933教育部光学仪器与系统工程中心，上海200093摘要金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应广泛应用于生物检测、荧光成像、太阳能电池等诸多领域。
表面等离子共振
表面等离子共振编辑词条表面等离子共振（SPR）是一种物理现象，（Surface Plasmon Resonance, SPR）当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面（比如玻璃表面的金或银镀层）时，可引起金属自由电子的共振，由于共振致使电子吸收了光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。
（Surface Plasmon Resonance, SPR）当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面（比如玻璃表面的金或银镀层）时，可引起金属自由电子的共振，由于共振致使电子吸收了光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。
其中，使反射光在一定角度内完全消失的入射角称为SPR角。
SPR随表面折射率的变化而变化，而折射率的变化又和结合在金属表面的生物分子质量成正比。
因此可以通过获取生物反应过程中SPR角的动态变化，得到生物分子之间相互作用的特异性信号（图1）。
生物分子相互作用分析是基于SPR原理的新型生物传感分析技术，无须进行标记，也可以无须纯化各种生物组分。
在天然条件下通过传感器芯片实时、原位和动态测量各种生物分子如多肽、蛋白质、寡核苷酸、寡聚糖，以及病毒、细菌、细胞、小分子化合物之间的相互作用过程。
表面等离子共振是表面增强拉曼的重要增强机理之一，由于贵金属纳米粒子的尺寸效应及量子效应通过激发光照射能引起表面等离子共振，从而大大增强拉曼散射信号，已达到痕量检测的目的。
表面等离子共振广泛应用于研究结合特异性、抗体选择、抗体质控、疾病机制、药物发明、生物治疗、生物处理、生物标记物、配体垂钓、基因调控、细胞信号传导、亲和层析、结构-功能关系、小分子间相互作用等。
表面等离子共振（SPR）是一种光学现象，可被用来实时跟踪在天然状态下生物分子间的相互作用。
这种方法对生物分子无任何损伤，且不需任何标记物。
先将一种生物分子（靶分子）键合在生物传感器表面，再将含有另一种能与靶分子产生相互作用的生物分子（分析物）的溶液注入并流经生物传感器表面。
纳米光学材料中的表面等离子体共振效应研究
纳米光学材料中的表面等离子体共振效应研究随着科技的不断发展，纳米材料的应用逐步被人们所关注。
其中，纳米光学材料的研究备受关注，因为它可以帮助人们更好地探究物质表面上的信息。
其中，表面等离子体共振效应被广泛使用，可为实现高感度、高选择性、简便易行的检测技术、纳米传感器和纳米光子器件等领域的发展带来帮助。
表面等离子体共振效应简介表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)是介质中的一种电磁波，由电子在金属表面上的集体振动(generalized)所引起。
表面等离子体共振是一种表面敏感的信号，能够检测出薄膜或者单分子层吸附，具有高灵敏度、快速、使用简便等优点。
表面等离子体共振效应在纳米光学材料中的应用在纳米光学材料中，表面等离子体共振效应可以被广泛使用。
例如，在光学传感器中，将金属薄膜(如银)置于玻璃基片上，用激光照射这个三明治式的结构，如果金属的厚度和金属与介质的折射率之比有特定的值，这个结构就会发生表面等离子体共振(Surface Plasmons)现象。
这个现象很灵敏，甚至能够探测出单分子层的物质，所以被广泛地应用于生物领域的分子识别、药物研究等。
表面等离子体共振效应的基本理论可以通过Maxwell方程和电荷守恒方程建立表面等离子体共振效应的理论模型。
假设金属薄膜的表面存在一个粒子密度为ρ的电荷层，则得到关于金属薄膜中的电磁场分布的方程组。
这个方程组的解决方式包括自然频率分析、有限元数值模拟和BEM边界元法等。
实验材料与方法实验采用的材料为金膜，基片采用的是玻璃基片。
通过溅射法沉积金膜，厚度为48-52纳米。
实验方法中，采用单色激光照射，通过光电探头探测反射光强度变化。
实验的过程中，反射光强度的变化量随着金膜厚度的变化而发生变化，形成了一定的变化规律。
利用这个规律，可以进一步探究表面等离子体共振效应的特性。
结语总的来说，表面等离子体共振效应是一种广泛应用于纳米光学材料中的效应，具有高灵敏度、快速和使用简便的特点。
双联纳米金在ITO上的直接生长及局域表面等离子体共振生物传感器研究
双联纳米金在ITO上的直接生长及局域表面等离子体共振生物传感器研究局域表面等离子体共振（LSPR）是由入射光激发金属纳米粒子表面自由电子发生集体振荡，并引起共振的一种物理光学现象，对于贵金属纳米粒子的LSPR表现在可见-近红外光谱图中出现特征吸收峰，且该LSPR峰与纳米颗粒的形状、大小以及周围介质的介电常数有关。
以此可以建立基于LSPR行为的灵敏分析技术。
本论文采用晶种生长法实现双联纳米金（TGNPs）在ITO玻璃上的直接生长，依据TGNPs各向异性特征的LSPR吸收峰，建立灵敏度高、稳定性好的LSPR生物传感器。
第一部分，TGNPs在ITO玻璃上的直接生长利用晶种生长法，在不使用任何连接剂的情况下，实现TGNPs在ITO玻璃上直接生长。
实验采用扫描电镜技术以及吸收光谱技术，系统考察了金种溶液的制备以及颗粒生长过程的影响因素。
在最优化条件下，制得的纳米颗粒分布均匀，TGNPs 比例高，其长轴和短轴方向LSPR吸收峰的峰间距大，且长轴峰尖锐而吸收强度大。
进一步研究显示，所得TGNPs/ITO的长轴吸收峰对周围介质有很高的灵敏度，达到264nm/RIU，且TGNPs在ITO表面附着牢固，以多种溶剂浸泡或长期放置（30天以上），其LSPR吸收峰峰形基本不变。
研究结果表明，制备所得的TGNPs/ITO 具有良好的LSPR分析性能。
第二部分，TGNPs/ITO生物传感器的构建及性能在获得稳定性好、LSPR分析性能强的TGNPs/ITO研究结果基础上，以亲和反应和免疫反应为生物分子设别体系，构建了Biotin-APTMS/TGNPs/ITO以及GoatAnti-MIgG/TGNPs/ITO生物传感器，分别考察了2种传感器的生物传感行为，在优化条件下，实现了对链霉亲和素（SA）和抗原（MIgG）的灵敏响应，其线性范围分别为3.45×10<sup>-10</sup>-3.46×10<sup>-7</sup>mol/L和0.25-500ng/mL，检测限分别为1.12×10<sup>-10</sup>mol/L和0.08ng/mL，并且具有良好的再生能力。
金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用
结论
表面等离子体共振生物传感器在微生物检测中具有广泛的应用前景。本实验 通过 SPR传感器成功检测了细菌细胞壁的厚度和成分，以及抗生素药物对细菌细 胞壁的作用。此外， SPR传感器还能够用于病毒的抗原和抗体，以及支原体的代 谢产物等的检测。因此， SPR传感器有望为微生物检测提供一种高灵敏度、无损 且快速的方法，从而为临床诊断和治疗提供有力支持。
结论
本次演示成功地制备了具有良好光学性质的金属纳米粒子，并通过调控其尺 寸、形状和组成以及表面修饰剂的类型和厚度，实现了对等离子体共振效应的有 效调控。这些成果对于优化光学器件的性能、提高生物医学检测的灵敏度以及设 计高效催化剂都具有重要的指导意义。然而，本研究仍存在一定的不足之处，例 如未能系统地研究各种因素（如溶液浓度、反应温度等）
对金属纳米粒子制备和等离子体共振效应的影响，未来研究可进一步拓展和 深化。
参考内容
在过去的几十年中，金属纳米结构表面等离子体共振在光电、催化、生物医 学等领域展现出了巨大的应用潜力。它是一种光与金属纳米结构相互作用的现象， 可以有效地增强和调控光吸收、散射和传播等。因此，实现对金属纳米结构表面 等离子体共振的调控和利用具有重要的实际意义。
在文献综述中，我们发现前人对金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利 用主要集中在形状、尺寸、材料和环境因素等方面。这些研究为理解等离子体共 振现象提供了基础，但仍存在一些不足之处，如缺乏系统性和全面性，以及对某 些影响因素的机制研究不够深入等。
为了深入研究金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用，我们采用了理 论分析和实验测量相结合的方法。首先，利用光学模型对金属纳米结构的等离子 体共振特性进行理论计算；然后，通过纳米制备技术合成具有不同形状、尺寸和 材料的金属纳米结构样本；最后，利用光谱学和显微学技术对样品的等离子体共 振特性进行实验测量和数据分析。
纳米金表面修饰与表面等离子体共振传感器的相互作用研究
^j， ^j － k ］ （ j = P， q j = k zj / ε k zj = ［ （2π / λ） ε 1， 2， 3， D） 为 j
2
层
1 /2
Z
k XP 方 向 的 波 矢，
（ 2 π / λ） ［ ε p sin θ ］ 为棱镜 中 X 方 向 的 波 矢， 位于 第 i 层介质中， 与棱镜表面距离为 z 的某点 TM 波的 电磁场强度可由菲涅耳反射和折射系数表示为 〈 H2 yz 〉 = 〈E 〉 = 〈E 〉 = 其中
Σ
l j=1
d j 为此点到 l / （ l － 1 ） 界面处的距离，
i 1 /2 i i 入射 TM 波 的 磁 场 强 度 H = （ ε p ） E （ E 为 电 场
强度） . 一束平行 P 偏振光以入射角 θ 照射在棱镜和金 膜（ 厚度 约 为 48 nn ） 表 面， 当入射角 θ 大于全反射 临界角时， 在 棱 镜 与 金 膜 界 面 处 产 生 消 逝 场， 其 X 方向的波矢与表面 等 离 子 体 波 波 矢 相 匹 配 时， 产生 表面等离子 体 共 振 . 由 于 金 膜 为 吸 收 介 质， 其介电 常数虚部不为零， 在 共 振 时 导 致 能 量 的 损 耗 . 所 以， 在吸收介质（ 金膜） 引起 能 量 损 耗 的 情 况 下， 其反射 率也可表示为
［ 1 —6 ］
， 可得 P 偏振光反射和折
. 近期， Liebermann 等 发 一些研究者如 Gu ，
展了胶体金 SPR 、 荧光增强 SPR 技术通过在金膜表 运用表面功能化技术从物 面引入一层吸收介 质 膜， 理和生物 两 个 层 面 进 行 信 号 放 大 提 高 其 探 测 灵 敏 度
贵金属纳米颗粒表面等离子体效应解释
贵金属纳米颗粒表面等离子体效应解释
贵金属纳米颗粒表面等离子体效应是一种在纳米尺度下发生的现象，涉及到贵金属纳米颗粒的光学性质和电磁性质。
以下是对这一效应的详细解释：
1. **贵金属纳米颗粒：** 贵金属通常包括黄金、银等，它们在纳米尺度下表现出特殊的性质。
当这些贵金属被制备成纳米颗粒时，其表面积相对较大，同时其电子结构和光学性质也会发生显著变化。
2. **等离子体效应：** 在贵金属纳米颗粒的表面，存在一种称为等离子体效应的现象。
这涉及到材料中自由电子的集体振荡。
当贵金属纳米颗粒受到光照时，光子能量激发了金属中的自由电子，导致它们在颗粒表面形成一种共振振荡的状态，即等离子体振荡。
3. **光学性质变化：** 等离子体效应导致贵金属纳米颗粒对光的吸收、散射和透射发生变化。
其中，最引人注目的是吸收和散射的增强。
由于等离子体振荡的共振效应，贵金属纳米颗粒能够高效地吸收和散射光，使其光学性质发生显著调制。
4. **应用：** 贵金属纳米颗粒表面等离子体效应在许多应用中得到了利用，包括传感器、生物标记、光学成像、纳米激光和表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）等领域。
这些应用充分利用了等离子体效应引起的光学增强现象，提高了各种技术的性能。
总体而言，贵金属纳米颗粒表面等离子体效应是纳米技术领域中的一个重要现象，为许多领域的研究和应用提供了新的可能性。
金属纳米结构表面等离子体共振及其应用
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·140·2019年第21期文章编号：2095－6835（2019）21－0140－02金属纳米结构表面等离子体共振及其应用＊邓英（湖南城市学院，湖南益阳413000）摘要：介绍了纳米光子器件以及金属纳米结构表面等离子体共振，分析了金属纳米结构表面等离子体共振的运用领域，包括在生物医学领域的运用、在局域场增强和拉曼信号检测的运用、在金属纳米颗粒等离子体共振模式检测以及电磁特异介质运用，为金属纳米研究以及运用提供了一定的参考意见。
关键词：纳米光子器件；金属纳米结构；等离子体共振；应用领域中图分类号：TB383.1文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.21.060纳米光子学是材料科学、纳米科学、光物理学、光学工程等多门科学融合之下的一门新科学，目前国际上相关机构正在积极加强对其的有效研究，探究光的产生、传播、转换、调制以及探测等多个领域，电磁特异介质与表面等离子体光学是其中的重要研究分支之一。
1金属纳米结构表面等离子体共振1.1纳米光子器件与传统电子学器件相比，电子学器件具有显而易见的优势，包括传感、成像、光辐射、探测等层面，体积较小，具有较高的集成度以及较快的速度，同时其能耗也较低。
在实际运用过程中，要求光学/光电子器件具有更为强大的功能，探索其与微电子学器件集成之路，在这一基础上研究具有宽频带、大容量、极高速的终端消费产品，以及超小型光电子器件/系统，这是目前信息技术的重要研究方向，为微电子芯片以及光纤通讯之间的研究提供了方向。
1.2金属纳米结构表面等离子体共振目前纳米科学、光物理学等学科研究过程中正在积极加强对表面等离子体光学（plasmonics）结构以及器件的研究，以此实现对纳米尺度的有效操控与控制，为纳米光子学器件的研究提供了新的方向。
在金属的表面以及内部具有大量的自由电子，构成了自由电子气团，即等离子体（plasmon）。
金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用
金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用一、引言金属纳米结构表面等离子体共振是一种新颖且引人注目的现象，它能够在纳米尺度上引发表面等离子体振动，产生极强的电场增强效应。
这一现象在光学、电子学、传感器和生物医学等领域具有潜在的应用价值。
本文将深入探讨金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用，带领读者进入一个未知领域，深度挖掘其潜力和应用前景。
二、概述金属纳米结构表面等离子体共振是指金属纳米结构在受激光照射时，表面自由电子被激发而引起的等离子体振动。
这种振动在可见光和红外区域表现出特定频率的共振特性，可以产生强烈的光场增强效应，从而被广泛应用于传感器、表面增强拉曼光谱等领域。
通过调控金属纳米结构的形貌、大小和排列方式，可以进一步调控其表面等离子体共振效应，实现在不同频段的光学响应，为光子学器件的设计和制备提供了新思路。
三、金属纳米结构表面等离子体共振的调控1. 形貌调控通过调控金属纳米结构的形貌，比如尺寸、形状和结构，可以实现对其表面等离子体共振的调控。
通过控制金纳米粒子的直径，可以调整其等离子体共振的频率，实现在不同波段的光学响应。
2. 材料选择不同金属材料具有不同的等离子体共振特性，因此材料的选择也是调控表面等离子体共振的重要手段。
比如银纳米结构表现出更强的等离子体共振效应，因此在一些高灵敏度传感器和光学器件中有广泛的应用。
3. 外界条件调控通过外界条件的调控，比如温度、压力和介质等，也可以对金属纳米结构表面等离子体共振进行调控。
这一手段对于生物医学领域的应用具有重要意义，可以实现在生物介质中的高灵敏度检测。
四、金属纳米结构表面等离子体共振的利用1. 传感器金属纳米结构表面等离子体共振具有高灵敏度和选择性，因此在化学、生物、环境等领域的传感器中有重要应用。
通过表面等离子体共振效应，可以实现对微量分子的检测，具有广阔的应用前景。
2. 表面增强拉曼光谱金属纳米结构表面等离子体共振效应还可以实现对拉曼光谱的增强，被广泛应用于化学成分分析、生物分子检测等领域。
金属纳米结构表面等离子共振及应用
金属纳米结构表面等离子共振及应用刘海露;陈旭东【摘要】金属纳米结构表面等离子共振具有特殊的光学性质并且可以以一些非常独特的方式来操纵光波,在物理、化学、医药、生物、环境等领域有着广泛的应用.本文简单介绍了等离子共振的概念,分别从基础理论研究、仿真计算及应用研究三方面来概述表面等离子共振,并就其在现代光子学和光信息技术的发展方向作了展望.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2018(047)005【总页数】7页(P100-105,121)【关键词】金属纳米结构;制备;表面等离激元;应用【作者】刘海露;陈旭东【作者单位】中山大学化学学院,广东广州510275;中山大学化学学院,广东广州510275【正文语种】中文【中图分类】O6-1当光波入射到金属材料表面时，光和金属纳米颗粒中电子的相互作用能够增强电子的集体振动，如果电子振动频率与入射波的频率一致，外界光场就会被集体振动的电子俘获，使得金属材料表面自由电子与外界光电子耦合形成一种特殊的电磁模式。
共振电磁波作为在微纳尺度下进行光子操纵和集成的优良载体，可利用其过程中纳米金属表面能量转移、等离子体共振能量转移、金属增强发光等特性来研究表面等离激元现象，近年来该领域在实验和理论方面都取得了很大的进展，相关学术研究成果陆续在国际顶尖刊物上发表[1-5]。
本文将分别从基础理论研究、仿真计算及应用研究三方面来概述表面等离子共振，并就其发展方向作了展望。
1 基础理论研究金属纳米粒子组成、形态、尺寸及分布、表面形貌和表面电子结构，纳米阵列结构等对聚合物表面等离激元共振效应有着重要的影响，且不同厚度、不同形状的隔离层微结构对表面等离激元的调制效果也不同。
目前研究主要集中在如下五个方面。
1.1 金属纳米结构构建方法金属纳米结构的构建方法大致分为两类，即化学法(氧化还原法、模板法、电化学法等)和物理法(真空蒸镀法、等离子体溅射法等)。
金、银纳米材料由于合成方法简单、化学性能稳定、独特的光学性质成为最受欢迎的基材。
金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用共3篇
金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用共3篇金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用1金属纳米粒子表面等离子体共振效应的调控及相关应用近年来，金属纳米粒子（MNP）表面等离子体共振（SPR）效应已逐渐成为研究热点，因其在光子学、生物医学、化学传感、催化反应等领域中应用广泛。
SPR效应是指当光线入射到金属纳米粒子表面时，产生的表面等离子体波与外界光场耦合起来，导致金属粒子周围的局部电场强度增强，使得金属纳米粒子表面的吸收、散射和透射光谱发生变化。
本文将探讨MNP表面SPR效应的调控机制及其在生物医学中的相关应用。
MNP表面SPR效应主要受纳米粒子的形状、大小、组成、介质折射率等因素影响。
针对这些因素，有许多调控方法可供选择，例如通过操控化学合成工艺得到不同形状的MNP，通过表面修饰、合金化、掺杂等方式调节MNP的组成，以及通过改变所处介质的折射率影响SPR效应。
此外，利用表面增强拉曼散射（SERS）技术，可以通过在MNP表面修饰适当的稳定剂或分子探针，实现对SPR效应的精准操控和检测。
在生物医学领域中，MNP表面SPR效应不仅具有独特的物理化学性质，还能与生物分子发生特异性作用，因而被广泛应用于诊断、成像、药物传递等方面。
例如，通过控制MNP的大小和表面修饰，可以实现对癌细胞的选择性识别和破坏；在病毒检测和分离中，可以利用MNP表面的亲和分子与病毒包膜蛋白的结合作用，对病毒进行分离和检测，具有重要的临床应用前景。
此外，在化学传感和催化反应领域中，MNP表面SPR效应也被广泛应用。
例如，在化学传感中，表面修饰具有特定功能的分子探针的MNP可以实现对特定化学物质的灵敏和选择性检测；在催化反应中，通过表面修饰和控制组成，可以实现高效和可重复的催化反应过程，具有广泛的应用前景。
总之，MNP表面SPR效应的调控和应用在许多领域中具有重要意义，通过研究纳米粒子表面SPR效应的机制和调控方法，不仅可以丰富我们对纳米材料的认识，还可为设计新型纳米材料提供重要的指导。
科学通报-金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用
. 由于金属材料的
吸收性质 , 光波沿金属表面传播时将不断被吸收而 逐渐衰减 , 入射光波的能量大部分都损耗掉了 , 造成 反射光的能量为最小值 , 这样就把反射光谱的极小 值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来 . 共 振波长对环境的物理和化学性质十分敏感 , 例如万 分之一的背景媒质的折射率变化 , 共振波长最多可 以移动几纳米 . 人们利用这个特性开发出了高度灵 敏的化学和生物传感器件 , 现在已经在工业上得到 了广泛的应用 . 近十年来 , 纳米科技的发展为充分研 究金属薄膜微纳结构对光波及表面等离子体波传播 性质的影响和调控提供了技术上的保障 . 对亚波长 金属微纳结构中光的激发和传播行为控制的研究逐 渐得到广泛的重视和飞速发展 . 人们发现光与金属 微纳结构相互作用时会产生许多新的物理现象 , 在 此基础上可能开发出新的器件功能 . 1998 年 Ebbesen 等人发现 , 光通过刻蚀有周期性圆孔的金属薄膜时 ,
[41]
. 此外该共振
放大效应还能够大大改善纳米天线光学双稳态器件 的性能 , 提高信号的对比度 , 降低泵浦功率阈值 [42]. 我们还发现等离子体共振放大的增益阈值与颗粒的 几何形状密切相关 , 即金纳米棒的阈值远低于金球 颗粒的阈值 [43]. 在理论工作的指引下 , 我们在简单 的棱镜系统里从实验上观察到了表面等离子体波的 自发辐射放大效应 [44]. 除了常用的微纳加工技术外 , 利用先进的化学 合成方法也能制备各种复杂几何结构的金属纳米颗 粒和纳米结构 . 这些纳米颗粒与光波相互作用时 , 会 产生表面等离子体共振 , 在化学和生物传感以及表 面增强 Raman 信号探测等方面具有广泛用途 , 因而 得到诸多关注
. 另外 , 金属纳米结构的表面
具有表面等离子体共振性能的金属纳米晶的制备与性能研究
具有表面等离子体共振性能的金属纳米晶的制备与性能研究纳米材料的氧化（纳米材料的表面氧化、部分或者完全氧化）对其光学、电学、磁学性质有巨大的影响。
而近年来,Au或Ag等贵金属具有局域表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance,LSPR）效应,且具有高的化学稳定性,已被广泛应用于生物、环境技术和光催化等领域。
Cu也具有LSPR效应,但是由于Cu化学性质不稳定,在空气中易氧化,形成Cu<sub>2</sub>O,影响其光学性质,限制了其应用。
基于铜是地球上丰富和廉价的金属,且其有潜力作为稀缺和昂贵的贵金属的替代品,因此铜和铜基纳米粒子成为研究的热点。
采用不同的合成方法、条件以及后化学合成处理的方法,可以对铜和铜基纳米粒子进行适当的修饰,这也促进了研究者对这些纳米材料的研究兴趣,特别是在催化领域。
本文基于铜纳米粒子为研究对象,利用胶体化学的合成方法,制备出Cu@Cu<sub>2</sub>O纳米粒子、Cu@Ni<sub>12</sub>P<sub>5</sub>的核壳结构、Cu@Cu<sub>2</sub>O/ZnO的异质结结构。
采用一系列表征手段对合成的纳米材料的结构、性质、形貌特征以及粒子尺寸等进行研究分析。
研究主要分为以下两部分:（1）以乙酸铜、油酸、三辛胺为原料,在真空线的条件下制备出Cu纳米晶,具有较小的尺寸,平均尺寸大约14.4 nm;由于Cu纳米晶易氧化,在空气中不能稳定的存在,因此为了提高Cu纳米晶的稳定性,以乙酰丙酮镍（Ⅱ）、油胺、十八烯为原料,合成Cu@Ni<sub>12</sub>P<sub>5</sub>的核壳结构。
结果表明Cu纳米晶具LSPR效应,而且在600 nm左右处有明显的吸收峰。
金属纳米结构表面等离子共振及应用
金属纳米结构表面等离子共振及应用
刘海露;陈旭东
【期刊名称】《合成材料老化与应用》
【年(卷),期】2018(47)5
【摘要】金属纳米结构表面等离子共振具有特殊的光学性质并且可以以一些非常
独特的方式来操纵光波,在物理、化学、医药、生物、环境等领域有着广泛的应用.
本文简单介绍了等离子共振的概念,分别从基础理论研究、仿真计算及应用研究三
方面来概述表面等离子共振,并就其在现代光子学和光信息技术的发展方向作了展望.
【总页数】7页(P100-105,121)
【作者】刘海露;陈旭东
【作者单位】中山大学化学学院,广东广州510275;中山大学化学学院,广东广州510275
【正文语种】中文
【中图分类】O6-1
【相关文献】
1.纳米金属粉体制备及其表面等离子共振应用 [J], 樊慧庆;韩志江;史运则;李进
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3.“一体化三维结构碳基纳米复合材料的制备及在金属空气电池中的应用基础研究”项目通过验收 [J],
4.表面等离激元金属纳米粒子的多元化结构及应用 [J], 王雅雯;李东;梁文凯;孙迎辉;江林
5.等离子体金属纳米结构在SERS传感及可穿戴应力传感中的应用 [J], 任研伟;贺辛亥;陈彤善;张亮;陈东圳
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陈晓娟
局域表面等离子体共振介绍
金属纳米结构的可控合成 单个贵金属纳米结构光学性质的检测 局域表面等离子体共振的应用 结论
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多彩的贵金属纳米颗粒
3+ 3+ 3+ + + 30
.3电化学沉积法 电化学沉积法是通过外加电场在电解质溶液里诱导 化学反应来制备纳米颗粒的方法 .在电化学沉积法中 又可通过有模板法和无模板法来制备纳米颗粒 .在有 模板法中 ,通过特定的模板利用电化学沉积可以得到 不同形貌的贵金属纳米颗粒 ,如纳米线、纳米棒、纳 米管等 .例如 Wang小组 31,32最早通过电化学沉积方 法得到 Au纳米棒 .模板的合成与选择是电化学沉积 法合成贵金属纳米颗粒和纳米结构的关键 .纳米颗粒 的尺寸和形貌可以通过调节实验参数 (包括沉积过程 中的电压、温度、沉积时间，通过的电量、适当的 表面活性剂等 )来控制 . 与此同时 ,人们也在不断地 探索各种无模板存在下的合成方法 ,例如 Yu等 31以 及后来的其他研究人员已经在无模板条件下利用电 化学沉积法制备出不同纵横比的纳米棒
光化学合成法
许多贵金属离子在电磁波 (可见 光、高能射线、高能电子束、紫 外光 )作用下能够发生还原反应 而得到贵金属单质 . 例如 ,紫外光 已经成功地用于制备形貌可控的 Au、Ag纳米颗粒 . 除此之外 ,Jin 等45也用光化学合成法实现了球 形的 Ag纳米颗粒向三角形的 Ag 纳米棱柱体的转化
局域表面等离子体共振
局域表面等离子体共振示意图
1.4 the extinction of gold colliod 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
金纳米颗粒的入射光激 发下的场强分布图
extincition (a.u.)
300
400
500
600
700
800
900
wavelength(nm)
2晶种法
晶种法起始于上世纪 90年代 ,目前已被广泛应用于 合成贵金属纳米颗粒 .晶种法制备金属纳米颗粒可 以分为两步 (以 Au为例 ):第一步是利用少量的强 还原剂还原 Au 成微小的 Au颗粒作为晶种 ;第二步则 是在含有 Au 的生长溶液中 ,采用弱还原剂使 Au 还原成 Au , 再与晶种结合 ,Au 在已经形成的晶种上被进一步还原而生长成 Au颗粒 . 用这种方法 ,在室温下能够制备 Au纳米棒、纳米线、 立方体 ,Ag纳米片和 Pd的立方体 .例如 ,Smith等 利用晶种法合成了 Au纳米棒 .这种方法最大的优势是避免 了二次成核 ,很容易得到不同形状和尺寸可控的纳 米颗粒
超灵敏传感
钯
金三角片结构
表面增强荧光
表面增强拉曼及超灵敏检测
农药残留灵敏检测
SERS
甲基对硫磷污染的橙皮 Raman
洁净的橙皮 Raman
结论
局域表面等离子体共振介绍
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暗场散射光谱
银纳米的暗场散射光谱随着长径比的增加而逐渐红移
光热成像法
电子能量损失谱
局域表面等离子体共振介绍
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形貌、 化学组分、 折射率
金胶的吸收光谱
局域表面等离子体共振介绍
金属纳米结构的可控合成 贵金属纳米结构光学性质的检测 局域表面等离子体共振的应用 结论
模板法
模板法常用来合成棒状、线状和管状的贵金属纳米结 构 .在这种方法中 ,金属离子在局限的模板中被还原 , 这些受限的空间结构可以控制颗粒的成核与生长 ,从 而形成特定形貌的纳米颗粒 .模板通常分为软模板和 硬模板 .软模板包括胶束 ,微乳剂， DNA等. 例如 ,以 十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)分子有序组合形成的 棒状胶束作为模板来合成直径和纵横比可控的 Au或 Ag的纳米棒或纳米线 . 硬模板包括碳纳米管 ,有孔薄 膜 ,介孔材料等 .27,28这种方法通常用来合成高密度、 整齐排列的纳米棒、纳米线和纳米管 .例如 ,Martin29 最原法
常用的化学方法是多羟基还原法 .在室温下,乙 二醇 (通常作为溶剂和还原剂 ),柠檬酸和聚乙 烯吡咯烷酮 (PVP)或聚乙烯醇 (PVA)等表面活 性剂的还原性较低 .然而 ,这些化学试剂在高温 下具有较强的还原性 ,所以多羟基方法一般都 是在高温下进行 . 最近 ,我们在室温条件下研 究了 PVP对金属离子的还原作用及对纳米结 构生长的影响 .37在多羟基方法中 ,通过引入表 面活性剂 PVP、PVA、 CTAB等来限制晶核的 某一晶面在一定尺寸范围内生长 ,并通过调节 反应参数获得形态丰富的纳米结构.除此之外 , 葡萄糖 ,二甲基甲酰胺 (DMF)等弱还原剂也用 于合成贵金属纳米颗粒