納米線-膜體系中表面增強(qiáng)拉曼散射和等離激元驅(qū)動(dòng)表面催化反應(yīng)研究.pdf

1、納米尺度上的金屬材料具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)使得其在超靈敏傳感檢測、新型能源利用、新型功能結(jié)構(gòu)、信息存儲(chǔ)等方向有重要的應(yīng)用前景。因此通過將物質(zhì)的尺寸限制在納米尺度范圍內(nèi)來研究光與物質(zhì)的相互作用是納米材料的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
　　表面等離激元是指金屬與介質(zhì)的界面處的自由電子在電磁場作用下集體振蕩，這種振蕩元激發(fā)可視為量子化的準(zhǔn)粒子，具有很多新穎的光學(xué)特性。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展以及對(duì)表面等離激元作用原理和應(yīng)用研究的完善，使得表面等離

2、激元光子學(xué)迅速發(fā)展而成的一門新學(xué)科，在物理、化學(xué)、材料、能源等方向都有廣泛的應(yīng)用前景。
　　金屬納米顆粒中的自由電子受到電磁場作用時(shí)，由于納米顆粒尺寸結(jié)構(gòu)的限制，其中的自由電子只能在表面做集體振蕩，稱之為局域表面等離激元(localized surface plasmons,LSPs)。這種表面等離激元共振可以導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)中電磁場重分布，產(chǎn)生極大的電磁場增強(qiáng)，被廣泛用在增強(qiáng)光譜、高靈敏分子信號(hào)檢測等。表面增強(qiáng)拉曼散射(surfac

3、e enhanced Raman scattering,SERS)正是利用金屬納米結(jié)構(gòu)電磁場增強(qiáng)作用來增強(qiáng)微弱的拉曼散射信號(hào)，增強(qiáng)效率可達(dá)104-106甚至更高。從采集的拉曼散射信號(hào)中，可以獲得探測材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、成分、相與形態(tài)等，也可以通過分子特征峰來反映催化反應(yīng)的發(fā)生與否。而納米結(jié)構(gòu)中的電磁場增強(qiáng)和拉曼增強(qiáng)效果與納米材料類型、結(jié)構(gòu)特性、幾何形貌、大小等有緊密相關(guān)。
　　本文主要基于金屬納米線-膜混合系統(tǒng)，利用PATP或者4NB

4、T分子作為探測分子來研究基底材料、激發(fā)光偏振方向、耦合效率、結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破缺等對(duì)表面增強(qiáng)拉曼散射和等離激元驅(qū)動(dòng)表面催化反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果均表明：由于金屬膜中更多的自由電荷與納米結(jié)構(gòu)中表面電荷耦合作用，金屬膜相比介質(zhì)膜有更好的電磁場增強(qiáng)和拉曼增強(qiáng)效果；不同偏振激發(fā)光激發(fā)不同的等離激元模式，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的拉曼增強(qiáng)具有偏振依賴性；納米結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性破缺可以提高表面等離激元的激發(fā)耦合效率，擁有更好的電場增強(qiáng)和拉曼增強(qiáng)效果；如單個(gè)納米線的末端相對(duì)