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合肥研究院在二維Au@Ag納米顆粒陣列對H2S的光學(xué)傳感性能研究方面取得進(jìn)展
2020年10月13日 13:13:51 來源:合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 點(diǎn)擊量:4620

近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部研究員李越課題組在二維Au@Ag納米顆粒陣列對H2S的光學(xué)傳感性能研究方面取得進(jìn)展,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

  【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部研究員李越課題組在二維Au@Ag納米顆粒陣列對H2S的光學(xué)傳感性能研究方面取得進(jìn)展,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
 
  貴金屬(Au,Ag等)納米粒子,由于其獨(dú)特的局域表面等離子體共振(LSPR)性質(zhì),在吸收光譜中呈現(xiàn)為SPR吸收峰,該吸收峰位置會(huì)隨著貴金屬納米粒子的成分、形狀和局部介電環(huán)境變化而移動(dòng),使得其能夠作為LSPR傳感器應(yīng)用于生化傳感領(lǐng)域。在大多數(shù)LSPR傳感器中,為了增強(qiáng)探針分子與貴金屬納米粒子之間的相互作用,需要復(fù)雜的后修飾過程,從而引起SPR峰的偏移。另外,這樣的SPR峰值偏移仍然相對較小,導(dǎo)致靈敏度相對較低。對于二維周期性貴金屬納米球陣列,其吸收光譜呈現(xiàn)出兩個(gè)峰,除了金屬納米粒子本征的SPR峰外,由于貴金屬納米球的周期性排列,光譜中還出現(xiàn)衍射峰。二維周期性陣列的衍射峰對周圍環(huán)境的折射率很敏感,因此,借助于衍射峰的這一特性,周期性貴金屬納米球陣列可作為一種新型傳感器。
 
  硫化氫(H2S)是一種無色、有臭雞蛋味的氣體,對人體和生態(tài)系統(tǒng)都有危害。因此,快速、靈敏地檢測H2S是十分必要的。常用的H2S檢測方法有熒光光譜法、色譜法、電化學(xué)法等,但儀器復(fù)雜,樣品預(yù)處理過程繁瑣。光學(xué)傳感器,如LSPR傳感器,可以降低檢測成本,簡化樣品處理過程。但大多數(shù)用于檢測H2S的光學(xué)傳感器對血漿、細(xì)胞等樣品存在嚴(yán)重的基質(zhì)干擾效應(yīng),會(huì)降低H2S檢測的選擇性,所以,研制一種快速、靈敏、不需要直接接觸樣品的高選擇性H2S傳感器仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
 
  鑒于此,研究人員以單層膠體微球陣列為模板,采用濺射沉積方法在模板的表面沉積一層Au膜,煅燒處理后獲得周期性二維Au納米顆粒陣列;接著再次采用濺射沉積的方法在其表面沉積一層Ag膜,得到Au@Ag納米顆粒陣列,并研究了該陣列對H2S的光學(xué)傳感性能(圖1)。研究結(jié)果表明,陣列的衍射峰隨H2S濃度的增加出現(xiàn)了靈敏的紅移,并且衍射峰波長與低濃度的H2S(小于30 μM)之間有良好的線性關(guān)系。此外,由于Ag與H2S的之間特異性化學(xué)反應(yīng)以及與樣品無接觸的檢測過程,該陣列對H2S的檢測具有優(yōu)異的選擇性(圖2)。通過對加標(biāo)H2S的血漿樣品分析,證明了該方法的有效性,有助于血液樣品中H2S的檢測。該項(xiàng)研究結(jié)果對其它探針分子的光學(xué)傳感研究具有一定指導(dǎo)意義。
 
  以上研究得到了基金委國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
 
  圖2. (a)-(b)分別為Au@Ag納米顆粒陣列不同放大倍數(shù)下的FESEM照片;(c) Au@Ag納米顆粒陣列在不同H2S濃度下,40℃,pH=7下檢測20分鐘后的消光光譜和其顏色變化的照片(插圖);(d)Au@Ag納米顆粒陣列的衍射峰對檢測H2S及可能的干擾物質(zhì)的偏移量的比較
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