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新模板法可控制备金纳米杯

金、银等贵金属纳米粒子在催化、光电探测、生物传感、医学成像及光学器件等方面具有广泛的应用。尤其是具有非对称结构的贵金属纳米材料表现出特别的性质,因而受到众多研究者的密切关注。其中,杯形或碗形的纳米金结构(Nanocup或Nanobowl)因具有独特的等离子体共振现象,成为近年来研究的热点。


鉴于金纳米杯的重要性,材料学家发展了许多合成的方法。经典的方法包括物理法,通常是以球形纳米粒子为模板,在其表面均匀地沉积一层金,杯开口的形成则通过金的选择性沉积或壳结构的各向异性刻蚀来实现。物理法一般需在基板上进行,产率较低,极大地限制了金纳米杯等离子体性能的研究及应用。湿法化学合成可以实现大规模的合成,但以往发展的方法一般不容易产生高质量的结构。


最近,美国加州大学河滨分校殷亚东教授(点击查看介绍)课题组报道了一种新型的模板法合成金纳米杯。如图1所示,他们主要利用湿法化学合成的步骤,因而这种方法的产率高、形貌可控且可以实现大规模合成。

图1. 金纳米杯的合成路线。


这种合成方法巧妙地利用偏心核壳结构自动形成的杯形空腔作为模板来合成纳米杯。作者首先通过酚醛缩合在实心二氧化硅(SiO2)球表面均匀涂覆一层酚醛树脂,对酚醛树脂进行氨基修饰后在其表面通过种子生长法包覆均匀的金层,然后在金层外再包覆一层保护性SiO2层。他们将此多层结构在800 ℃高温下煅烧,酚醛树脂层首先氧化消失,同心的核壳结构自发变成偏心结构,产生杯形空腔。同时在高温下,金层从SiO2核脱附,形成杯状结构。最后他们将SiO2核壳刻蚀掉便可得到金纳米杯。


由于在合成过程中,SiO2球的尺寸及酚醛树脂层的厚度可调,因此这种方法极易得到不同高度、开口大小及直径的金纳米杯。图2的扫描电镜图像表明,由(a)至(c)酚醛树脂的厚度逐渐减小,金纳米杯的高度逐渐增大,开口逐渐减小。另外,通过改变SiO2球的大小,他们可以得到直径不同的金纳米杯。图2中(d)至(f)表明,随着SiO2球的尺寸变大,金纳米杯的直径依次增大。

图2. (a)至(c)相同SiO2球、酚醛树脂的厚度依次减小得到的不同高度及开口大小的金纳米杯;(d)至(f)不同SiO2球为模板得到不同直径的金纳米杯(标尺均为200 nm)。


殷亚东教授课题组还与加州大学河滨分校Boris Hyle Park课题组合作,将所得到的小尺寸金纳米杯作为造影剂用于光学相干断层成像,并与相同大小的金纳米壳及纳米球进行对比。结果表明,金纳米球注射前后,成像信号强度几乎没有变化;金纳米壳结构信号增强了1.68倍,而金纳米杯结构则增强了2.95倍。这种信号增强可能是由于近红外区域的金纳米杯散射强度增大引起的。该论文作为封面文章发表在Advanced Materials 上。

图3. 封面


该论文作者为:Aiqin Gao, Wenjing Xu, Yenisey Ponce de León, Yaocai Bai, Mingfu Gong, Kongliang Xie, Boris Hyle Park, Yadong Yin

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Controllable Fabrication of Au Nanocups by Confined-Space Thermal Dewetting for OCT Imaging

Adv. Mater., 2017, 29, 1701070, DOI: 10.1002/adma.201701070


导师介绍

殷亚东

http://www.x-mol.com/university/faculty/3117


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