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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展
2020年10月13日 13:13:51
來源：合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 點擊量：4621
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，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、細胞等樣品存在嚴(yán)重的基質(zhì)干擾效應(yīng)，會降低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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