贵金属纳米粒子如Au，具有独特的局域表面等离子体共振（LSPR）性质，当其形成密排Au纳米颗粒阵列或二维非密排Au纳米颗粒阵列时，由于近场或远场耦合效应，将会导致LSPR的改变或衍射耦合峰的出现，进而使得其在传感、催化、信息存储领域具有重要的应用。传统制备金属纳米颗粒阵列的方法有刻蚀法和界面自组装法，但刻蚀法成本高，难以实现对贵金属结构单元的晶面控制；界面自组装法制备的贵金属纳米阵列缺陷较多，且由于自组装原理的限制，只能获得六方密排结构阵列。因此，发展一种有效的方法可控制备晶面可调的Au纳米颗粒阵列仍然是一个挑战。 

　　鉴于此，研究人员以单层胶体微球阵列为模板，溅射沉积Au膜，随后通过高温煅烧获得二维Au纳米颗粒阵列；将其作为Au种子阵列，采用PVP辅助的DMF溶液生长法，制备了{110}晶面暴露的金多面体阵列，并利用PVP对Au纳米颗粒{111}晶面的钝化作用，调控生长条件进一步合成了{110}、{111}晶面同时暴露的金多面体阵列（图1）。研究揭示了获得有序阵列的关键因素：较慢的多面体生长速率，即要在合适的氯金酸浓度下Au种子才能缓慢稳定地生长为多面体，生长速度过快会导致颗粒和基底之间产生应力，使得多面体偏离原始位置，破坏阵列的有序性（图2）。同时，合适的PVP浓度也保证了Au种子的稳定生长，有助于实现大面积Au多面体阵列的制备（图1）。Au多面体阵列的SERS性能测试结果表明，{110}暴露的Au多面体阵列对4-ATP的SERS响应信号最强，且具有较高的灵敏度（10^-9 M）和优异的信号可重复性，可作为稳定均匀的SERS基底（图3）。进一步通过FDTD计算证明了{110}暴露的Au多面体具有更高的电场强度分布，而{111}面的出现会降低电场分布（图4）。此外，{110}面较高的能量也有利于4-ATP分子的吸附，使得{110}暴露的Au多面体阵列具有最好的SERS性能。 

　　该研究提出的DMF溶液生长法为贵金属纳米阵列的化学生长提供了借鉴，该稳定缓慢的可控生长策略有望作为普适性的合成路径，为构筑更精细结构的贵金属纳米阵列拓宽了思路。 

　　以上研究得到了基金委国家自然科学基金等项目资助。 

　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105045。

图1. Au多面体阵列的制备示意图。

图2. {110}暴露Au多面体阵列的SEM图及缓慢生长示意图。

　 

图3. (a) Au种子阵列和不同Au多面体阵列上10^-6 M 4-ATP的拉曼光谱；(b) Au多面体阵列上不同 4-ATP 浓度的拉曼光谱； {110}暴露的 Au 多面体阵列样品上获得的30条4-ATP 分子的拉曼光谱(c)及1080 cm^-1 处的拉曼强度分布(d)。　　

　　 

　　图4. {110}暴露的截角十面体和具有{110}、{111}面的截角十面体的FDTD结果。