@ 2019.12.19 , 11:00

探测小于一纳米的粒子的新技术

东京理工大学的科学家们开发了一种新的方法,允许研究人员评估那些直径只有0.5到2纳米的金属颗粒的化学成份和结构。分析技术的这一突破将使微材料在电子学、生物医学、化学等领域的开发和应用成为可能。

新材料的研究和开发使无数技术突破成为可能,而且这对医学、生物工程以及尖端电子学来说都是必不可少的。在纳米尺度上对新材料进行合理设计和分析,使我们能够突破以往设备和方法的限制,达到前所未有的效率和水平。金属纳米粒子就是这样的例子,由于其潜在应用很多,它们目前正处于现代研究的聚光灯下。最近开发的一种以树枝状大分子为模板的合成方法允许研究人员制造直径为0.5到2纳米的金属纳米晶体。这些极其微小的粒子被称为“亚纳米团簇”,它们具有非常独特的性质。例如,它们是极好的电化学反应催化剂,并且表现出比较特殊的量子现象。

然而,现有的纳米材料和纳米颗粒结构的分析方法并不适用于亚纳米团簇的检测。这种方法被称为拉曼光谱学分析法,是使用激光照射样品并分析所得到的散射光谱,以获得材料可能成分的分子组成。尽管传统的拉曼光谱学及其变种已经成为研究人员非常宝贵的工具,但是由于其低敏感性,所以不能用于亚纳米团簇的检测。因此,东京理工大学的一个研究小组,研究了一种方法来改进拉曼光谱学分析法。

这种特殊的拉曼光谱学分析法被称为表面增强型拉曼光谱学分析法。在其更精细的变体中,金或银纳米粒子被包裹在一个惰性的二氧化硅薄壳中,加入到样品中以放大光信号,从而提高该技术的灵敏度。研究小组首先集中在理论上确定这些粒子的最佳尺寸和组成,其中100纳米的银粒子光放大器(几乎是常用尺寸的两倍)可以有效放大信号。为了验证这些发现,他们测量了氧化锡亚纳米团簇的拉曼光谱,看看它们是否能在其结构或化学成份中找到一种解释,说明它们在某些化学反应中具有高催化活性。通过比较拉曼测量结果以及结构模拟和理论分析,他们对氧化锡亚纳米团簇的结构有了新的发现。

这项研究所采用的方法可能对分析技术和亚纳米级科学的发展产生重大影响。该研究的作者,山本教授总结道:“对物质的物理和化学性质的详细了解有助于亚纳米材料在实际应用中的合理设计,高灵敏度的光谱方法将加速材料创新,并促进亚纳米科学的发展。”

本文译自 phys,由译者 Lough 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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