表面工程让纳米晶体生长更多样

等离激元纳米颗粒的可控合成和应用一直是近年来的研究热点。在过去几十年的研究中，人们发现纳米颗粒的形状会显著影响表面等离激元共振的模式，从而影响颗粒对光的吸收、散射、表面电场分布等等。为了满足不同的应用需求，科学家一直在不断尝试用化学手段来调控纳米颗粒的生长，以获得更丰富的形貌和更稳定的产率，同时纳米晶生长中包含的化学原理也同样引起很多人的研究兴趣。

种子生长是一个常见且有效的合成方法。合成时需要先制备金属纳米晶体作为种子，再在有种子的反应溶液中加入表面活性剂、封端配体，对金属离子进行还原。在一定的条件下，被还原的金属会沉积在种子上，经过不同的生长过程长成最终需要的纳米颗粒。通常在使用金纳米颗粒作为种子长金或者长银的时候，由于金-金、金-银的完美晶格匹配，被还原的金属会以层层堆积的模式进行沉积。这种生成模式会造成产物和种子形状相同，得到尺寸增大的金纳米颗粒或者核壳结构的金-银纳米颗粒，纳米颗粒的形状并不会得到改变。

为了突破上述局限，加州大学河滨分校殷亚东（点击查看介绍）课题组提出了一种简便又有效的方法改变了晶体生长的模式。他们创新性地在金种表面沉积了原子级厚度的铂金属，有效地将金的沉积从层层堆积转变为了岛状生长。在此基础上，他们加入配体调控了金在生长中熟化过程，成功控制了岛屿数量，得到了金核-卫星结构、四聚体、三聚体以及高纯的二聚体。

图1.（a-d）经过铂修饰的金纳米颗粒；（e-h）在铂修饰的金表面长金可以诱发岛状生长。

该合成思路有如下特点：由于铂和金有4.08 %的晶格失配，用铂修饰金可以改变后续长金的界面能，从而改变金的生长模式；使用碘离子作为金的配体来控制氧化熟化过程，当固定其它反应条件不变，随着碘离子的浓度增大，金的氧化熟化程度增加，较小粒径的金岛屿更易溶解，形成较大粒径的岛屿，从而使岛屿数量得到可控调节；在配体存在下，岛屿数量还可以通过控制铂的量进行调节；由于铂在金的表面只有薄薄一层，它的存在对金表面等离激元共振的影响较小，产物展示出在可见光范围广泛的可调节性。

图2. 固定其它反应条件不变，增加配体量使得金的岛屿数量显著减少，最终得到高纯的二聚体。

除了铂表面修饰以及控制氧化熟化过程，文中还讨论了表面活性剂对岛屿数量及颗粒连接处的影响。这个方法还可以用于在金种子上诱导生长银的岛屿，因而具有一定的普适性。总结来讲，该研究提出了一种非常有效的在同一金属上诱导岛状生长的方法，并且报道了有效控制岛屿数量及等离激元共振的方法。文中的设计思路和丰富的产物结构对基础研究和应用均有重要意义。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是加州大学河滨分校的冯汲博士和南京师范大学的许冬冬博士。

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）：

Surface engineering and controlled ripening for seed-mediated growth of Au islands on Au nanocrystals

Ji Feng, Dongdong Xu, Fan Yang, Jinxing Chen, Chaolumen Wu, Yadong Yin

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202105856

导师介绍

殷亚东

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

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课题组主页

http://faculty.ucr.edu/~yadongy/index.html