等离子体纳米粒子散射光是有用的，但其中一些会在表面丢失，科学家们现在开始找出原因。在莱斯大学和美因茨约翰内斯古登堡大学的新实验中，以及普林斯顿大学理论研究中，研究人员发现，单个金纳米棒表面的分子通过改变粒子本身的电子结构，影响其等离子体反应。
这一发现可能会加强催化等应用，包括等离子体驱动化学。等离子体激元是一种电子波纹，当光触发时，它会在金属纳米颗粒表面产生共振。
博科园-科学科普：以一个波长或一种颜色接收到的光，以相同的波长辐射，这可以让研究人员了解粒子及其环境。表面等离子体激元有助于感知化学物质的存在，使光化学和选择性催化化学反应成为可能。但是，粒子表面和研究人员眼睛之间失去的光可以包含以前没有考虑过的额外信息。人们认为等离子体阻尼导致的信号损失是由于化学物质吸附在纳米颗粒表面，可能是由于电荷从金属转移到化学物质。但莱斯大学化学、电气和计算机工程教授斯蒂芬•林克(Stephan Link)怀疑，仅仅一个解释就能适用于所有研究。
《科学进展》(Science Advances)上发表了一项完全不同的机制发现，由y led Link、首席作者本杰明•福斯特(Benjamin Forster)及其同事共同完成。策略是将两种具有不同原子排列的相同大小分子放在单个金纳米棒上进行分析。这些分子，笼状的碳硼烷硫醇，诱导金属表面的偶极子，而这些偶极子又分散了足够多的电浆子能量来减弱它们的信号。这使得研究人员可以直接观察和测量阻尼，而不受其他分子或纳米棒的干扰。硫醇(除了一个碳原子的位置不同外)与纳米棒的接近，导致了独特的偶极矩
图中显示了利用特定分子诱导偶极子来测量它们对金纳米粒子等离子体激元的阻尼作用过程。图片：Alese Pickering/Rice University
分子的正极和负极会改变强度，并像指南针的针一样在金属表面移动。普林斯顿大学工程与应用科学学院(School of Engineering and Applied Science)院长、理论计算科学家艾米丽·卡特(Emily Carter)进行了详细的量子力学计算，以测试能够解释实验的机制。等离子体共振有一个谱宽，和共振波长一起，可以产生特定的颜色。一条窄线会让你看起来更真实。所以观察当把分子放在粒子上时，共振宽度是如何变化的。不是所有的分子都能做到，同样大小的碳硼烷硫醇分子以同样尺寸粘附在金纳米颗粒上，但其化学性质差异足以改变等离子体激元的光谱宽度。
这使得研究人员可以通过每种类型的分子测量等离子体阻尼，而不受其他阻尼机制的干扰。等离子体激元在表面的流动很大程度上取决于粒子大小和形状，因此很少有人注意吸附在表面的化学物质影响。如果改变纳米罗德的表面，能量会以不同的方式流失，我们根本不明白这是怎么回事。但如果某样东西失去了能量，它就不能像你希望的那样工作。周围介质的折射特性以及来自不同大小和形状的多个粒子平均信号也会影响信号，这也使得分析吸附化学物质的影响变得困难。
几个因素决定了等离子体共振的宽度，但每个人都提到了一个没有人真正用定量方法解决过的因素。许多人将其归咎于电荷转移，即被激发的热电子从金属转移到分子中。每次把一个分子放在金属颗粒上，情况可能都不一样，但这让我们第一次有了一个完整的定量研究，同时也不会对界面上的化学成分视而不见。它让我们明白化学是很重要的。这项研究工作是基础性的，研究表示它很漂亮，因为它非常简单，我们把正确的样本、实验、单粒子光谱和先进的理论结合起来，把它们放在一起。
博科园-科学科普｜研究/来自: 莱斯大学
参考期刊文献:《Science Advances 》
DOI: 10.1126/sciadv.aav0704
博科园-传递宇宙科学之美
网友评论