【摘 要】
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等离激元材料,是指纳米颗粒表面的自由载流子与特定波长的光产生集体耦合共振,使其局域场极大增强的一类金属或半导体材料。而近红外响应的等离激元材料,具有抗干扰强和光损伤弱,结合自身卓越的等离激元光耦合共振效应等优点,被广泛应用于光学传感和生物传感等领域。将金属纳米材料结构生长各向异性化(如:金纳米棒),其等离激元共振响应可调至近红外波段,是一类典型的近红外等离激元响应材料。然而,这类各向异性金属材料,
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等离激元材料,是指纳米颗粒表面的自由载流子与特定波长的光产生集体耦合共振,使其局域场极大增强的一类金属或半导体材料。而近红外响应的等离激元材料,具有抗干扰强和光损伤弱,结合自身卓越的等离激元光耦合共振效应等优点,被广泛应用于光学传感和生物传感等领域。将金属纳米材料结构生长各向异性化(如:金纳米棒),其等离激元共振响应可调至近红外波段,是一类典型的近红外等离激元响应材料。然而,这类各向异性金属材料,对光具有偏振依赖特性,使光的利用率显著下降。近年来研究表明,经过引入缺陷或特定掺杂的半导体材料,可展现出优异近红外等离激元效应,引起人们广泛关注。这类材料的尺寸越小、掺杂度越高,等离激元共振效应则越强,且无光偏振依赖特性,有望解决上述瓶颈问题。本论文旨在:发展新型的近红外响应半导体等离激元材料,提出新的合成方法与思路,揭示其近红外等离激元响应的作用机制,探究其在光学传感领域的应用,为下一代高性能光学传感器件提供材料基础;本论文针对这一目标,取得了一些阶段性的成果:(1)发展了氧缺陷氧化钼量子点超快速合成的新方法,揭示了配体诱导的近红外等离激元强共振响应内在机制;探究了配体浓度与氧缺陷的构效关系;在秒量级内,成功实现了尺寸均一、分散性好的量子点批量制备;提出了其表面配位竞争吸附机制;实现了对过氧化氢超低浓度(3 nM)的近红外荧光探针检测。(2)基于上述配位竞争吸附机制,发展了一种基于氧化钼纳米颗粒的通用、灵敏和低成本可见-近红外比色手性识别探针技术;揭示了氧缺陷浓度差诱导的近红外等离激元共振效应强度变化色差的手性识别机理,深度剖析了手性分子构型与氧缺陷浓度差的构效关系,实现了对此类手性分子的通用、低浓度、高灵敏近红外比色传感检测。(3)进一步依据手性分子构效关系,发展了尺寸均一、手性依赖的氧化钼量子点球形聚集体的简单、批量制备新方法;揭示了其D-半胱氨酸修饰诱导球形聚集体形成的关键机制;探究了聚集体在无过氧化氢的条件下获得羟基自由基实现染料降解的性能;进一步,利用其自身氢键的特点,建立了一种近红外比色传感的新体系。(4)发展了一种单分散、具有枝晶状壳层的金纳米颗粒快速、可控的合成方法;揭示了由大量小金颗粒堆积形成枝晶状壳层的生长演化机制,探究了枝晶状壳层引起的近红外强等离激元共振效应,发现了该结构的偏振不敏感的依赖特性,在光声成像和光热转换领域具有重要的应用前景。综上所述,本论文发展了系列配体诱导的红外等离激元材料的制备方法,探究了其光学特性,建立了近红外响应特性的传感机制,为近红外响应的等离激元材料在高敏感生物传感等方面的应用奠定了材料基础。
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