貴金屬納米顆粒對量子點及卟啉分子的熒光影響機理研究.pdf

1、近年來，貴金屬納米顆粒由于對其表面的光電信號的增強效應(yīng)顯著而被廣泛的應(yīng)用于分析化學、生物醫(yī)學等領(lǐng)域。在貴金屬納米顆粒對其表面物質(zhì)的熒光發(fā)射性質(zhì)的影響及其機理的研究中，有豐富的研究成果出現(xiàn)。這其中既有表面等離激元共振增強的表面熒光發(fā)射，也有因能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)導致的表面熒光淬滅，但其中相互作用機制的討論尚未取得統(tǒng)一的結(jié)論。人們選擇量子點或有機染料作為熒光物質(zhì)，將其一般性的簡化為發(fā)射偶極子，而忽略了這類熒光物質(zhì)熒光能級和熒光過程的特殊性，使得這些

2、研究結(jié)果與實際的應(yīng)用還有一定的差距。所以具體的研究熒光物質(zhì)特定的熒光能級和熒光過程受貴金屬納米顆粒的影響及其機理，可以為貴金屬納米顆粒的更廣泛的應(yīng)用提供準確的理論基礎(chǔ)和實驗參考，因此該研究方向已經(jīng)成為納米科技領(lǐng)域一個比較重要的分支。
　　本課題選擇量子點和卟啉衍生物這兩種有代表性且應(yīng)用廣泛的熒光物質(zhì)，利用穩(wěn)態(tài)和時間分辨熒光光譜技術(shù)，研究貴金屬納米顆粒對這兩種熒光物質(zhì)的特定的熒光能級和熒光過程的影響及其機理；同時針對目前研究較少但有

3、重要應(yīng)用背景的金屬增強雙光子熒光效應(yīng)進行了一些初步的理論探討。
　　首先，為了使貴金屬納米顆粒的表面等離激元共振峰與熒光物質(zhì)的能級匹配，我們利用真空熱蒸鍍和種子誘導法這兩種制備方法，成功的制備了球形和棒狀的貴金屬納米顆粒。通過調(diào)節(jié)蒸鍍過程中的沉積量以及種子誘導法中的反應(yīng)物濃度，控制了貴金屬納米顆粒的尺寸和形狀，達到了調(diào)節(jié)其表面等離激元共振峰的目的。
　　其次，細化了量子點/貴金屬納米顆粒復合體系相互作用理論模型，并給出了實驗

4、驗證。以往的研究中人們將量子點一般性的簡化成發(fā)射偶極子，掩蓋了其中實際發(fā)生的物理過程。我們將量子點的激子態(tài)精細化，研究了量子點的本征態(tài)和表面態(tài)與金納米顆粒之間的相互作用。通過時間分辨熒光光譜的研究，發(fā)現(xiàn)量子點本征態(tài)與金納米顆粒之間有相互作用，而表面態(tài)與金納米顆粒之間即使?jié)M足光譜重疊條件也沒有明顯的相互作用，觀察到了由于上述原因造成了金納米顆粒對量子點的熒光強度的淬滅、峰位的紅移以及熒光過程的影響。
　　再次，研究了貴金屬納米顆粒/

5、有機染料復合體系中表面等離激元對有機分子特定熒光能級的影響的規(guī)律。以往的研究中人們常常將有機染料一般性的簡化為發(fā)射偶極子，但是有機染料的實際應(yīng)用中人們往往關(guān)注的是其某一特定熒光能級的性質(zhì)，比如卟啉的Q帶熒光壽命。針對這一問題，我們研究了吸附在貴金屬納米顆粒表面的卟啉衍生物的Q帶熒光壽命的變化規(guī)律。當貴金屬的表面等離激元共振峰與卟啉的Q吸收帶共振時，被貴金屬納米顆粒增強的表面光電場對處于激發(fā)態(tài)具有較高極性的卟啉分子有穩(wěn)定作用，使得卟啉 Q

6、帶壽命得到延長。而當貴金屬的表面等離激元共振峰與卟啉的Q發(fā)射帶共振時，能量轉(zhuǎn)移使卟啉的Q帶壽命縮短了。Q帶壽命直接決定了卟啉第一三重態(tài)的布居數(shù)，因此這種影響在以卟啉為光敏劑的光動力治療方面有重要的意義。
　　最后，理論上研究了貴金屬納米顆粒對量子點雙光子熒光的增強效應(yīng)。在以往的研究中，人們認為僅僅是貴金屬的表面等離激元共振增強效應(yīng)導致了雙光子熒光的增強，而忽略了能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)的影響，因而對將貴金屬的表面等離激元共振峰調(diào)至激發(fā)區(qū)還是發(fā)