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不同掺杂浓度的CdS:Mn/SiO_2核壳纳米结构的光致发光

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2009年第6期29卷 64-67,74页

作者：薛洪涛南京邮电大学理学院江苏南京210046

通过反胶束法合成了分散性较好的Mn2+掺杂的CdS/SiO2核壳纳米结构,在合成过程中,没有添加任何偶联剂。利用高分辨透射电镜和电子衍射仪器对合成的纳米颗粒的结构进行了表征。进一步研究了这些纳米颗粒的光致发光谱、光致发光激发谱和电... 详细信息

通过反胶束法合成了分散性较好的Mn2+掺杂的CdS/SiO2核壳纳米结构,在合成过程中,没有添加任何偶联剂。利用高分辨透射电镜和电子衍射仪器对合成的纳米颗粒的结构进行了表征。进一步研究了这些纳米颗粒的光致发光谱、光致发光激发谱和电子自旋共振谱,对于不同的Mn2+掺杂的CdS/SiO2核壳纳米结构的发光特性和机制进行了详细的分析。这些稳定的荧光纳米颗粒可望在生物、医学等方面以及与材料相关的领域内有广泛的应用。

关键词： CdS:Mn2+/SiO2 反胶束法核壳纳米结构光致发光

Au@MoS2核壳纳米结构的单颗粒光谱研究

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Au@MoS2核壳纳米结构的单颗粒光谱研究

作者：游健苏州大学

学位级别：硕士

二维过渡金属硫化物(Transition-metaldichalcogenides,TMDs)具有较大的激子结合能和跃迁偶极矩,利用TMDs材料在布里渊区K点由自旋轨道耦合分裂而产生的A,B激子与贵金属纳米颗粒等离激元共振相互作用,产生的共振耦合改变了等离激元和激... 详细信息

二维过渡金属硫化物(Transition-metaldichalcogenides,TMDs)具有较大的激子结合能和跃迁偶极矩,利用TMDs材料在布里渊区K点由自旋轨道耦合分裂而产生的A,B激子与贵金属纳米颗粒等离激元共振相互作用,产生的共振耦合改变了等离激元和激子各自的弛豫时间,可实现材料光学性质的调控。在本论文中,我们通过化学气相沉积法,在金纳米球(AuNS)表面沉积二硫化钼(MoS2),制备了金@二硫化钼(Au@MoS2)核壳纳米结构,并以单颗粒暗场散射光谱为主要测试方法,对Au@MoS2核壳纳米结构的光学性质进行了系统的研究。具体研究内容如下:(1)我们在石英玻璃衬底上制备了不同大小的Au@MoS2核壳纳米结构,并利用扫描电子显微镜与单颗粒暗场散射成像系统,原位表征了 Au@MoS2核壳纳米结构的形貌和光学性质。研究发现,受MoS2壳层A,B激子吸收共振的影响,核壳纳米结构的散射光谱出现劈裂以及等离激元线宽变窄等现象。最后,我们通过准静态近似理论和Comsol软件计算得到了 Au@MoS2核壳纳米结构的散射光谱,验证并解释了实验结果。(2)与单个AuNS颗粒相比,Au@MoS2核壳纳米结构具有更窄的等离激元共振线宽,因此,该核壳结构可能具有较好的等离激元传感性能。在此,我们测量了其在空气和水中的散射光谱。结果表明Au@MoS2核壳纳米结构的A,B激子位置不随外部折射率的变化而变化,而等离激元共振峰位置会随外部折射率的增大而发生红移。并且,从计算中发现,Au@MoS2核壳纳米结构的灵敏度约为266 nm/RIU(RIU=refractive index unit),说明该核壳结构具有较好的传感性能。上述研究表明Au@MoS2核壳纳米结构可用于制备光谱线型高度可调的纳米光学传感器件。

关键词：等离激元共振核壳纳米结构暗场散射光谱原位表征光学传感

Ag/荧光分子核壳纳米结构的制备及光学性能研究

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Ag/荧光分子核壳纳米结构的制备及光学性能研究

作者：张新科北京化工大学

学位级别：硕士

荧光纳米材料是目前多个领域的研究热点之一，其在光电、生物、医药等方面具有极大的应用潜力。其中，贵金属与荧光材料结合形成的核壳纳米结构具有优异的光学性能及高的稳定性，且具有多重光信号输出(荧光，拉曼)。虽然荧光纳米材料的... 详细信息

荧光纳米材料是目前多个领域的研究热点之一，其在光电、生物、医药等方面具有极大的应用潜力。其中，贵金属与荧光材料结合形成的核壳纳米结构具有优异的光学性能及高的稳定性，且具有多重光信号输出(荧光，拉曼)。虽然荧光纳米材料的种类及合成方法日益多样化，但基于贵金属表面增强荧光对于应用光学的研究，尤其是对于荧光增强依赖于不同荧光物种与贵金属复合的研究仍然存在很多问题，对于开发具有多重输出光信号及拓展其应用还有待进一步探索。基于此，本论文的工作主要是设计、制备基于贵金属纳米Ag与有机荧光分子结合形成的核壳纳米结构的模型，并对其光学性能进行研究，以及其它基于纳米Ag的复合纳米结构的研究等。具体内容如下： 1.不同形貌单分散Ag纳米粒子的控制合成及分离采用多元醇的方法，通过调节反应参数制备出球形、棒状、立方体形的Ag纳米颗粒，并利用密度梯度离心法对所合成的Ag纳米粒子进行分离纯化，得到单分散的、尺寸分布窄的Ag纳米粒子。系统研究了一种EDTA螯合-NHHO还原的方法，简便快速地合成不同尺寸的六边形Ag纳米片。利用EDTA的螯合作用控制银的还原速率，从而达到控制银纳米六边形片的成核和生长的目的。其SPR响应可从可见光区到近红外区之间可调，并且与EDTA的加入量成线性对应的关系。 2. Ag@有机荧光分子核壳纳米结构的制备及其光学性能研究利用简单的原位化学反应法，合成不同形貌的纳米Ag@有机荧光分子(锌卟啉ZnTPP、苝Perylene、红荧烯Rubrene)的核壳纳米结构。贵金属纳米Ag的存在，能够显著的增强荧光分子信号，以Ag纳米棒@ZnTPP为主要研究对象，通过研究其光学性质发现所制备的Ag@ZnTPP核壳纳米粒子具有强的可调荧光性能及表面增强拉曼性能。在ZnTPP壳层较薄时，Ag纳米粒子的存在，能够显著的增强ZnTPP中性分子S态的荧光，随着壳层厚度的增加，S态荧光逐渐减弱，S态荧光随之增强，从而实现蓝光到红光的可见光区颜色调控，且S态荧光量子产率分别较本体提高了5倍，S态荧光量子产率较本体略有提高。可能是由于Ag粒子的存在及固体聚集态的共同作用，选择性的增强了S态荧光。 3.其他基于Ag纳米粒子核壳结构的控制合成采用两种方法制备了Ag@mSiO核壳纳米粒子。通过对反应体系、前驱体浓度、反应时间等条件进行优化，得到了单分散、尺寸可控的纳米粒子。并将所制备的核壳纳米粒子与荧光分子阳离子自由基反应，初步实现了贵金属增强的水溶性荧光纳米材料的制备，为相关生物应用提供了新的机遇。

关键词：贵金属纳米颗粒 Ag 荧光分子核壳纳米结构表面增强荧光表面增强拉曼

Au@ZnO核壳纳米结构的构建及光催化性能研究

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Au@ZnO核壳纳米结构的构建及光催化性能研究

作者：邵先坤安徽理工大学

学位级别：硕士

本论文通过构建具有优异性能的贵金属@半导体核壳纳米结构,制备了Au@ZnO核壳纳米结构光催化剂,结合Au纳米粒子的表面等离子体共振效应能够吸收可见光的特性,对半导体氧化锌进行改性,研究复合催化剂的光响应性和光催化性能。通过在Au@Zn... 详细信息

本论文通过构建具有优异性能的贵金属@半导体核壳纳米结构,制备了Au@ZnO核壳纳米结构光催化剂,结合Au纳米粒子的表面等离子体共振效应能够吸收可见光的特性,对半导体氧化锌进行改性,研究复合催化剂的光响应性和光催化性能。通过在Au@ZnO上负载不同质量分数的Pd纳米粒子,有效提高光生载流子在界面间的传输性能,抑制光生电荷的再复合,制备出高效Au@ZnO/Pd纳米复合光催化剂。具体内容如下:1.首先通过种子法制备出单分散的直径为55 nm的Au纳米球,再使用抗坏血酸诱导沉积的方法在Au纳米球上包覆一层氧化锌,制备出Au@ZnO核壳纳米球状光催化剂。由于Au纳米球的表面等离子体共振效应,光催化剂在550 nm表现出很强的可见光吸收特征。模拟太阳光下光催化降解有机染料罗丹明B的实验表明Au@ZnO核壳纳米球表现出优异的光催化活性。此外,为了进一步验证表面等离子体共振效应增强光催化活性的机理,选用三种不同波长(365 nm、520 nm、660 nm)的LED光进行了光催化测试,结果表明Au@ZnO在三种不同波长LED光照下均有光催化效果。这些结果综合表明Au@ZnO核壳纳米球的光催化性能来自于ZnO半导体光激发和Au纳米球的表面等离子体共振所产生的热电子共同作用的结果,复合结构的构建大大拓展了光催化剂的光吸收范围、同时促进了光生电子和空穴的分离。此外,Au@ZnO核壳纳米球作为光电极材料在可见光照射下呈现比纯ZnO纳米粒子更高的光电流密度,其电化学阻抗谱尼奎斯特图也揭示Au@ZnO核壳纳米结构具有更高的电荷迁移率,也进一步验证了所提出的光响应机理。2、通过简单的光沉积的方法,在Au@ZnO催化剂上负载Pd纳米粒子,成功制备出不同Pd含量的Au@ZnO/Pd纳米复合光催化剂。通过SEM、XRD、TEM、STEM等一系列测试手段证明Au@ZnO/Pd纳米复合光催化剂的形貌结构为以Au纳米球作为核,半导体氧化锌作为壳,表面负载有均匀分布的Pd纳米粒子。光催化剂的光催化性能通过模拟太阳光催化降解亚甲基蓝染料和苯酚溶液来验证。结果表明,Au@ZnO/Pd纳米复合光催化剂在降解亚甲基蓝染料和苯酚溶液时,表现出优异的光催化性能,其中当负载量为2 wt%时达到最高。所制备催化剂的光致发光光谱和荧光寿命分析得出,Au@ZnO/Pd复合光催化剂具有更加优异的电荷传输和分离效率,这归因于Au纳米球的表面等离子共振效应,大大的提高催化剂对光的吸收,扩大氧化锌的光响应范围;Pd纳米粒子能够作为电子陷阱吸收电子,促进光生电荷的分离。

关键词：贵金属氧化锌核壳纳米结构表面等离子体共振光催化

金银核壳纳米结构的制备及其局域表面等离子体共振传感研究

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金银核壳纳米结构的制备及其局域表面等离子体共振传感研究

作者：邓佳佳苏州大学

学位级别：硕士

贵金属纳米粒子拥有较强的局域表面等离子体共振(LSPR)特性,且其LSPR特性与贵金属纳米粒子的组成、形貌和尺寸密切相关。贵金属纳米粒子的LSPR吸收峰对周围介质折射率的变化非常敏感,利用此特点可以制备LSPR生物传感器。LSPR传感器具有... 详细信息

贵金属纳米粒子拥有较强的局域表面等离子体共振(LSPR)特性,且其LSPR特性与贵金属纳米粒子的组成、形貌和尺寸密切相关。贵金属纳米粒子的LSPR吸收峰对周围介质折射率的变化非常敏感,利用此特点可以制备LSPR生物传感器。LSPR传感器具有便宜、多功能性、高灵敏度等优点。本论文研究了一种直接在ITO导电玻璃上电沉积Au@Ag(核@壳)纳米粒子的方法。首先通过调节沉积电位、镀液浓度及沉积圈数制备了约80nm直径的Au@Ag纳米粒子,并用紫外-可见光度法、扫描电镜、循环伏安法对其进行了表征。研究了Au@Ag纳米粒子周围介质折射率对其表面等离子体共振吸收的影响,实验得出灵敏度为127nm/RIU,比原来的金纳米粒子的灵敏度提高了76%。另一方面,通过控制沉积电位,硝酸银及氯金酸的浓度,沉积圈数制备了小粒径(60nm)和大粒径(100nm)的Ag@Au纳米粒子,并用紫外-可见光度法、扫描电镜、循环伏安法、X射线能谱分析对其进行了表征。研究了两种粒径Ag@Au纳米粒子周围介质折射率对其表面等离子体共振吸收的影响,60nm Ag@Au纳米粒子的灵敏度为143nm/RIU,100nm的Ag@Au纳米粒子的灵敏度为220nm/RIU,且Ag@Au纳米粒子传感膜的灵敏度与原来的银纳米粒子传感膜的灵敏度相比,增加了近80%。此外还研究了长链巯基及蛋白质分子在Ag@Au纳米粒子表面的吸附行为,及利用Streptavidin-Biotin的特异性结合来验证Ag@Au的LSPR传感特性。第三,本论文采用循环伏安法在ITO玻璃上制备了簇状银纳米粒子。并用紫外-可见光度法、扫描电镜对其进行了表征。研究了周围介质折射率对其局域表面等离子体共振吸收的影响,灵敏度可达148nm/RIU。在簇状银纳米上再沉积一层薄的金壳后,其LSPR响应灵敏度达到了316nm/RIU,提高了1.1倍。实验证明,纳米粒子的LSPR性质与其形貌密切相关,可控簇状Ag@Au纳米粒子比球状Ag@Au纳米粒子具有更高的灵敏度。

关键词：核壳纳米结构电化学沉积折射率局域表面等离子体共振生物传感器

基于可调控金属核壳纳米结构的等离激元增强钙钛矿太阳能电池

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基于可调控金属核壳纳米结构的等离激元增强钙钛矿太阳能电池

作者：唐明瑶南京大学

学位级别：硕士

金属卤素型钙钛矿材料是一种新一代的半导体材料,有着很多独特的光电性质,包括可调节的带隙,宽的吸收光谱,高的载流子迁移率以及足够长的扩散距离等。因此,世界各地的科研小组纷纷开始研究钙钛矿材料在光伏和光电领域的应用。基于CH3NH3... 详细信息

金属卤素型钙钛矿材料是一种新一代的半导体材料,有着很多独特的光电性质,包括可调节的带隙,宽的吸收光谱,高的载流子迁移率以及足够长的扩散距离等。因此,世界各地的科研小组纷纷开始研究钙钛矿材料在光伏和光电领域的应用。基于CH3NH3PbI3材料的钙钛矿太阳能电池,其光电转换效率在短短的几年里从最初的3.8%跃升到了20%以上,被视为最具有发展前景的太阳能电池之一。而如何进一步增强钙钛矿太阳能电池的光吸收并提高其光电转换效率是一个挑战。近来,表面等离子体光子学吸引了很多学者的关注。通过这种技术,人们可以调控亚波长光,实现对光的传导和聚集,增强太阳能电池的光吸收,从而提高电池的光电转换效率。表面等离激元效应被广泛应用到各种太阳能转换器件中,例如多晶硅太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。因此探索将表面等离激元结构引入到钙钛矿太阳能电池中,对于提高钙钛矿材料的光吸收率和增强电池的光电转换效率具有积极意义。也为提高光吸收不充分的电池比如无铅钙钛矿太阳能电池,奠定坚实的基础。本文从实验和理论两个角度,研究了等离激元效应对钙钛矿太阳能电池的作用。我们选用的等离激元金属纳米颗粒是Au纳米棒,并在其外面包覆一薄层SiO2作为绝缘层,避免Au表面电子空穴的复合。然后,将Au@SiO2纳米棒掺杂到钙钛矿(CH3NH3PbI3)太阳能电池的多孔层TiO2支架中。利用贵金属Au的表面等离激元效应增强光在电池中的散射,提高电池中的光密度,从而实现了钙钛矿太阳能电池光电转换效率的提高。主要结论如下:通过理论计算,我们发现长径比为3的Au@SiO2纳米棒适合通过等离激元效应增强CH3NH3PbI3太阳能电池。首先,随着Au@SiO2纳米棒长径比的增加,其光学散射截面也会指数型增加。但是长径比过大的纳米棒可能会破坏钙钛矿的膜层,影响电池的电学性能。其次Au@SiO2纳米棒表面等离激元共振峰对应的波长位置取决于背景材料和其长径比。通过理论模拟计算,我们发现在CH3NH3PbI3背景材料下,随着纳米棒长径比的增加,其等离激元共振峰的位置会发生红移。当Au的长径比为3时,其等离激元共振峰在800 nm左右,刚好是CH3NH3PbI3吸收截止附近,可最大程度增强钙钛矿材料光吸收率。从电池性能来看,Au@SiO2纳米棒掺杂的等离激元钙钛矿太阳能电池只通过提高不掺杂电池的光电流密度来提高电池整体的光电转换效率,而电池的电压和填充因子变化不大。最优的掺杂电池比不掺杂电池的外量子转换效率提高了16.1%(从12.4提高到14.4%),短路电流提高了13.5%(从20.0 mA/cm2提高到了 22.7 mA/cm2)。进一步,我们分别做了 30个掺杂电池(掺杂浓度约4 wt%)和30个不掺杂电池,对其电学参数做统计分布并对平均值做分析,其结果与我们预计得相一致。掺杂电池的平均电流密度比不掺杂电池高4.1%,电池的平均光电转换效率高8.4%。而平均电压(0.90 V-0.91 V)和平均填充因子(0.61-0.63)并没有太大的变化。等离激元增强钙钛矿太阳能电池实现了宽带的光吸收增强。通过理论模拟和实验两个角度的验证,我们发现Au@SiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池的光吸收增强是宽带的,并不仅仅局限于Au@SiO2纳米棒等离激元共振峰位置。这说明其中的增强机制主要是通过等离激元增强的光散射效应实现宽带地钙钛矿光吸收增强。综上所述,我们通过将精细设计的Au@SiO2纳米棒掺入钙钛矿太阳能电池中,制备出了等离激元钙钛矿薄膜太阳能电池。由于金的等离激元增强的光散射效应,电池的光吸收实现了宽带的增强。我们从理论模拟和实验两方面证实了这部分增强的光吸收被有效地转化为了电能。我们的工作为等离激元增强的薄膜太阳能电池提供了一条方便可行的路径。

关键词：钙钛矿太阳能电池核壳纳米结构局域表面等离激元共振散射光吸收

铂银/二氧化锰核壳纳米结构的制备及其在肿瘤治疗上的应用

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铂银/二氧化锰核壳纳米结构的制备及其在肿瘤治疗上的应用

作者：徐情华侨大学

学位级别：硕士

与传统的肿瘤治疗方式相比,以光热、光动力以及化动力疗法为代表的新型肿瘤治疗方法具有对正常组织的低损伤、副作用小且无肿瘤多药耐药性等优势。近年来,新型肿瘤治疗方法之间的结合以及与传统治疗手段的联合运用表现出更精准、有效的... 详细信息

与传统的肿瘤治疗方式相比,以光热、光动力以及化动力疗法为代表的新型肿瘤治疗方法具有对正常组织的低损伤、副作用小且无肿瘤多药耐药性等优势。近年来,新型肿瘤治疗方法之间的结合以及与传统治疗手段的联合运用表现出更精准、有效的抑瘤效果。因此,本论文提出以具有近红外光热性能的贵金属纳米颗粒作为内核,以具有肿瘤微环境(Tumor Microenvironment,TME)响应性、化动力效应的二氧化锰为壳层结构,构建了具有光热、光动力与化动力协同效应的多功能纳米平台,进而探索了此纳米平台在肿瘤治疗中的应用。首先,利用模板法制备了不同尺寸的多孔铂纳米颗粒(Platinum Nanoparticles,Pt NPs),通过对其光热性能的考察,发现尺寸为18.53±2.79 nm的Pt NPs(即Pt NPs-4)具有最高的光热转换效率(92.76%)。随后通过溶胶凝胶法在Pt NPs-4表面包覆二氧化锰壳层,通过改变醋酸锰的用量得到5种具有不同Pt与MnO质量比的铂/二氧化锰核壳纳米结构(Platinum/Manganese Dioxide Core-Shell Nanostructures,Pt/MnO)。在考察这些Pt/MnO的形貌和光热性能后,发现具有Pt与MnO的质量比为1∶0.6的核壳纳米结构(即Pt/MnO-2)具有均一且完整的核壳形貌以及最高光热转换效率(84.30%)。在模拟肿瘤微环境中监测Pt/MnO的消光光谱随时间的变化,结果发现二氧化锰壳层可在1小时内快速发生降解,同时伴随着氧气的释放,从而增强了光动力效应。在808nm激光的照射和模拟肿瘤微环境的条件下,Pt/MnO-2相较于Pt NPs以及其他4种不同质量比的Pt/MnO具有更强的产生活性氧(ROS)的能力,进一步表明二氧化锰的降解带来了化动力的效应。其次,鉴于Pt/MnO-2较好的光热光动力以及化动力效应,进一步研究其在肿瘤治疗中的应用潜力。在Pt/MnO-2表面聚乙二醇(PEG)功能化的基础上,考察Pt/MnO-PEG的生物相容性,结果表明Pt/MnO-PEG对于正常细胞具有较好的生物相容性,而对于癌细胞则有一定的毒性作用。通过考察不同治疗模式下的细胞存活率和细胞染色成像实验可以发现,Pt/MnO-PEG+Laser组由于光热、光动力以及化学动力协同治疗的作用表现出更好的杀死癌细胞的效果。为了进一步提升复合纳米结构的多模态抗肿瘤效果,通过在Pt NPs-4原位生长银单质得到铂银双金属纳米颗粒(Platinum-Silver Bimetallic Nanoparticles,Pt/Ag NPs)。通过改变硝酸银的用量来实现对Pt/Ag NPs形貌的控制。在获得形貌尺寸均一的Pt/Ag NPs的基础上,利用溶胶凝胶法包覆上二氧化锰壳层,最终得到铂银/二氧化锰核壳纳米结构(Platinum-Silver/Manganese Dioxide Core-Shell Nanostructures,Pt Ag/MnO)。通过对其光热性能的考察发现,Pt Ag/MnO相较于Pt/MnO-2具有更高的光热转换效率(89.62%)。由Pt Ag/MnO的肿瘤微环境响应性的分析结果发现二氧化锰壳层和Ag均可在模拟肿瘤微环境的条件下发生降解。检测O的结果表明Pt Ag/MnO产生O的速率以及生成的O的量均优于Pt/MnO-2。检测·OH产生情况的结果表明,Pt Ag/MnO产生·OH的量为0.0085μmol,比Pt/MnO-2(0.0067μmol)更多。因此,银组分的引入确实提高了纳米结构的光热、光动力以及化动力性能。最后,在Pt Ag/MnO表面聚乙二醇功能化的基础上考察Pt Ag/MnO-PEG的生物相容性,结果表明Pt Ag/MnO-PEG对于正常细胞具有较好的生物相容性,而对于癌细胞则有一定的毒性作用。ROS检测的结果表明,相比于Pt/MnO-PEG,Pt Ag/MnO-PEG在808 nm激光照射下能够在细胞内产生更多的ROS。此外,通过细胞存活率和细胞染色成像实验发现Pt Ag/MnO-PEG因银组分的引入而表现出比Pt/MnO-PEG更为显著的杀死癌细胞的效果。综上所述,Pt Ag/MnO具有优异的光热、光动力、化动力协同效应,有望进一步作为多功能的纳米平台应用于肿瘤治疗的研究领域。

关键词：多孔铂纳米颗粒银二氧化锰核壳纳米结构协同治疗

超细碳纳米纤维限域调控贵金属@MoS2核壳纳米结构及其电催化行为

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超细碳纳米纤维限域调控贵金属@MoS2核壳纳米结构及其电催化行为

作者：文炎坤浙江理工大学

学位级别：硕士

为解决化石燃料带来的环境和能源问题,科学家们正在努力发展高效清洁的可持续能源,氢能作为环境友好型能源受到了广泛关注,而电解水是众多制氢方法中最清洁高效的技术之一。电解水本质上需要催化剂来改善其缓慢的析氢动力学。Pt基催化... 详细信息

为解决化石燃料带来的环境和能源问题,科学家们正在努力发展高效清洁的可持续能源,氢能作为环境友好型能源受到了广泛关注,而电解水是众多制氢方法中最清洁高效的技术之一。电解水本质上需要催化剂来改善其缓慢的析氢动力学。Pt基催化剂是目前最理想的电解水催化剂,然而其昂贵的价格及稀缺性使得科学家们望而却步。因此亟需寻找一种可以与Pt基催化剂性能媲美的非贵金属催化剂,以促进电解水的推广应用。随着纳米科学技术的飞速发展,零维纳米颗粒以及二维纳米材料被广泛应用于纳米催化领域。MoS作为一种具有类石墨烯层状结构的材料被科学家广泛关注,并被证实边缘处是其催化活性中心。本文结合成熟的静电纺丝工艺与硫蒸气辅助化学气相沉积法制备零维贵金属纳米颗粒与二维MoS纳米片自组装形成的核壳纳米催化剂,并将其应用于电解水制氢,和探索核壳纳米结构与电解水之间的构效关系。主要内容如下:(1)利用静电纺丝工艺制备了Au-Mo-PAN前驱体纤维膜,再加以高温碳化和硫蒸气辅助化学气相沉积法制备了Au-MoS核壳多面体结构纳米材料。运用三电极体系在0.5M HSO电解质测得其析氢过电位仅有92 mV,Tafel斜率只有102 mV dec,且具有优异的稳定性。多面体核壳结构暴露出更多的活性位点,以及核与壳之间的协同催化作用显著提高了催化剂的活性。碳纳米纤维(CNFs)与核壳之间强烈的耦合作用赋予了催化剂优异的稳定性。(2)利用碳纳米纤维(CNFs)作为纳米反应器合成和调控PdS/MoS/CNFs水滴状核壳纳米结构。PdS/MoS/CNFs核壳自支撑电极在0.5 M HSO电解质中析氢过电位只有83 mV,对应的Tafel值仅有113 mV dec。同时也具有卓越的稳定性。导体PdS有效调节了半导体MoS表面电子形态以及自组装核壳纳米界面暴露出更多的活性位点,显著提升了析氢活性。通过接触角测试证实了核壳纳米晶具有优异的疏水性能,加速了气体的脱附过程,弱化了气体脱附时对于催化剂结构的破坏力,提升了催化剂的稳定性。(3)利用静电纺丝技术和高温碳化工艺制备了均匀的5 nm Pt-Mo合金纳米晶。MoPt/CNFs自支撑电极在0.5 M HSO电解质中析氢过电位只有73 mV,Tafel仅有108mV dec。且具有优异的稳定性。小尺寸的Pt-Mo合金纳米晶暴露出更多的活性位点以及Pt与Mo之间优异的协同作用,显著提高了MoPt/CNFs催化剂的析氢活性。CNFs与合金之间强烈的耦合作用赋予了催化剂卓越的稳定性。

关键词：碳纳米纤维反应器核壳纳米结构自支撑电极电催化析氢

双金属核壳纳米结构中荧光单分子的表面能量转移及金属操控自发辐射效应

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光学仪器 2022年第4期44卷 57-66页

作者：李朝周军俞宪同上海景谱信息科技有限公司上海200433 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

贵金属表面附近的荧光分子因其表面等离子体共振的影响,荧光发射特性发生显著变化,被广泛应用在荧光探针等纳米器件的设计、开发中。荧光分子与金属之间的能量转移机制是设计此类荧光探针的基础。使用时域有限差分(FDTD)方法,对Au/SiO_(... 详细信息

贵金属表面附近的荧光分子因其表面等离子体共振的影响,荧光发射特性发生显著变化,被广泛应用在荧光探针等纳米器件的设计、开发中。荧光分子与金属之间的能量转移机制是设计此类荧光探针的基础。使用时域有限差分(FDTD)方法,对Au/SiO_(2)/Ag核壳纳米复合结构的等离子体杂化场中荧光单分子的表面能量转移(SET)效应和金属操控自发辐射效应进行了理论仿真研究。研究了金核和银壳共同作用时,荧光分子的SET和金属调控自发辐射过程随荧光分子位置及分子偶极矩取向的变化规律。计算结果表明,由于金核和银壳之间的局域表面等离子体共振杂化耦合,荧光分子与金属间的能量转移效率与距离d呈现出10次方的关系,这一结果明显区别于常规的荧光共振能量转移(FRET)效应,较之单金属结构的SET效应更加剧烈。这一结果有希望在生物光子学领域的纳米级局域光源的创建和生物分子的检测中得到应用。

关键词：核壳纳米结构局域表面等离子体共振时域有限差分法表面能量转移