近期,固体所李越研究小组和济南大学李村成教授研究小组合作,在三维新型等离激元材料(Plasmonic Colloidosome)的构筑及其强等离子基元共振耦合的研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Black Gold: Plasmonic Colloidosomes with Broadband Absorption Self-Assembled from Monodispersed Gold Nanospheres by Using a Reverse Emulsion System”为题,以热点文章(Hot Paper)形式在著名学术期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2015,54,9596-9600)上发表。
金属纳米材料具有独特的局域表面等离子基元共振(LSPR)吸收和散射性质,以该类纳米材料为基本单元构筑的超结构,可表现出新奇的、有趣的光学和力学性质,因而倍受科研工作者的广泛关注。例如,在生物医学方面,具有微纳空心结构的Plasmonic胶囊能够负载治疗癌症的药物分子,同时实现化疗和热疗相结合的双治疗模式,这些将为癌症的早期诊断治疗提供了良好的应用前景。目前,Plasmonic胶囊的常用制备方法是诱导经过表面修饰的金纳米粒子自发、但无规则地交联而成。相比之下,三维胶质体(Colloidosomes)结构,作为一种新型的微纳壳层结构,其获得主要是基于软模板法,由纳米颗粒在界面上规则地自组装而成。该结构可以避免繁琐的纳米颗粒表面修饰等过程,如果采用贵金属纳米结构单元进行组装,获得的三维胶质体(Colloidosomes)结构,其壳层结构有利于颗粒间的电磁场耦合增强,将具有更广阔的应用前景。
为此,该研究团队在前期获得单分散球形纳米颗粒的基础上,设计出一种新型的反相微乳液模板法,以该单分散的球形金纳米颗粒作为基本构筑单元,采用水-正丁醇的微乳体系,在界面自由能最低原理的驱动下,首次制备出真正意义上的三维有序Plasmonic Colloidosomes(PCs)结构。该PCs结构具有强烈的等离子基元共振耦合,能够吸收可见光区域中绝大部分的光,从表观颜色来看是黑色的,因此也被称为“黑金”。与传统的微乳液模板法相比,该方法充分利用了反相微乳液模板体系中油/水的部分可溶性,实现了具有微米尺寸的、规则多层壳的PCs组装。当前报道的贵金属次级结构将为实现生物传感器、药物装载、光学微腔和微型反应器的应用提供一个新的平台。
该研究结果发表后,在Angew. Chem. Int. Ed.的Press Room板块,以“A New Way to Black Gold: Colloidosomes made of gold nanoparticles offer strong plasmonic coupling”为题,作为Research Highlights进行报道。详见:http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291521-3773/homepage/press/201529press.html
另外,国内X-MOL化学资讯平台,也以“黑金:自组装的金Colloidosomes及其强等离子基元共振耦合研究”为题进行报道,详见:http://www.x-mol.com/news/872
上述研究得到了973项目,国家自然科学基金,中科院科技创新“交叉与合作团队”等项目的资助。
全文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201503384/full
图a:黑金(Plasmonic Colloidosomes)的实物照片。图b:SEM图。图c:Scanning-TEM图;图d:从不同角度的‘黑金’反射图谱,测试衬底采用白板聚四氟乙烯(PTFE)。图e:“黑金”(i)和金纳米颗粒(ii)溶胶的吸收图谱。