具有表面等离子共振效应的水溶性半导体纳米晶的制备和传感应用研究

In order to solve the inability of utilizing the semiconductor nanocrystals with localized surface plasmonic resonance (LSPR) property in organic solvent for biological system, this project is intended to synthesize a series of environmentally friendly water soluble Cu2-mX（X = S，Se，Te；0 ≤ m <1）nanocrystals with LSPR property. Further research will be conducted on the relationship between LSPR and the composition, morphology, size and doping of the nanocrystal. Fine manipulation of LSPR properties will be realized for these nanocrystals. Reactive radicals (hydrogen peroxide, superoxide anion radical etc.) will oxidize these semiconductor nanocrystals to form positive charge vacancies in the valence band, which will further impact their LSPR property. Real time detection of reactive radicals with high sensitivity will be realized based on this principle. The implementation of this project will contribute to broaden the application of LSPR semiconductor materials with great theoretical importance and potential social and economical benefits.

为解决有机体系具有局域等离子体共振（LSPR）效应的半导体纳米晶无法应用于水溶液体系及生物体系的问题，本项目拟创新性地合成一系列环境友好的、具有LSPR属性的、水溶性的Cu2-mX（X = S，Se，Te；0 ≤ m <1）纳米晶，研究其LSPR性质与组成、形貌、尺寸和掺杂等之间的关系，实现Cu2-mX纳米晶LSPR性质的精确控制与调节。活性自由基（过氧化氢、超氧阴离子自由基等）对半导体纳米晶具有氧化作用，从而在半导体纳米晶的价带产生正电荷空穴，增加了纳米晶的自由载流子密度，进而影响到它的LSPR性质，利用这一原理可以实现对活性自由基的高灵敏实时检测。本项目的实施，对拓宽具有LSPR性质的半导体纳米材料的应用奠定技术基础，具有重要的理论意义和潜在的经济社会效益。

为解决有机体系具有局域等离子体共振（LSPR）效应的半导体纳米晶无法应用于水溶液体系及生物体系的问题，利用胶体化学法成功制备了一系列环境友好、具有LSPR属性以及不同组成的半导体金属氧化物WO3-X纳米晶复合物，金属铜的复合物，Cu2-XS及复合物，金属硫化物固溶体等，具有不同形貌的光学性质可调节性的钙钛矿，通过配体交换实现了水溶性的目的，通过改变反应条件（包括反应温度、时间、溶剂比例、反应物浓度）实现其形貌、尺寸等控制，并详细地研究这些因素对其LSPR 性质的影响，之后将其应用在光热、光催化产氢和锂离子电池等方面，取得了一系列创新性的科研成果。