局域表面等离子体共振半导体纳米异质结的制备、结构及其共振波长的宽谱调控研究

Nowadays, nanostructures with localized surface plasmonic resonance (LSPR) feature have been extensively studied inspired by their potential application in photoelectrical and biomedical field. Recently, the most researched LSPR materials are noble metal nanocrystals. For expanding the LSPR wavelength to near infrared region to fulfill several photoelectric application, and reducing the application cost develop novel LSPR materials, one of the new trendency in this field is to develop several high conductive semiconductors to be the substitute LSPR sources. In this project,it is proposed to fabricate semiconductor nanocrystals with LSPR feature and heterogrowth another semiconductor nanophase, forming semiconductor nanoheterostructure. The influence of the component and microstructure to the LSPR feature, especially to the LSPR frequency, will be researched to reveal the inside physical mechanism. Further, the effective strategy of tuning the semiconductor LSPR frequency in broad spectrum will be developed.The accomplishment of this project, will be helpful for develpoing novel LSPR nanomaterial.

近年来，由于在光电和生物医疗等领域显示出重要应用前景，具有局域表面等离子体共振（LSPR）特性的纳米材料受到国内外学术界的广泛关注。迄今报道的LSPR材料主要是一些贵金属纳米晶，其共振波长基本局限于可见光区间。为了扩展LSPR共振波段至近红外光以满足一些光电技术的应用需求，同时降低成本，LSPR研究领域的最新动态之一是研究将导电性较好的半导体纳米材料作为LSPR源。本项目拟液相合成具有LSPR特性的系列半导体纳米晶，并以其为前驱物，在表面异质生长第二相半导体，构成纳米异质结；研究异质结的组分、结构和形貌变化对LSPR共振吸收特性尤其是吸收峰位的影响，探明相关的物理过程和微观机理，进而实现纳米半导体LSPR共振频率的宽谱调控，为发展性能优良的新型LSPR纳米材料奠定基础。

近年来，由于在光电和生物医疗等领域显示出重要应用前景，具有局域表面等离子体共振（LSPR）特性的纳米材料受到国内外学术界的广泛关注。迄今报道的LSPR 材料主要是一些贵金属纳米晶，其共振波长基本局限于可见光区间。为了扩展LSPR 共振波段至近红外光以满足一些光电技术的应用需求，同时降低成本，LSPR 研究领域的最新动态之一是研究将导电性较好的半导体纳米材料作为LSPR源。.本项目采用液相合成具有LSPR特性的系列半导体纳米异质结复合材料；研究异质结的组分、结构和形貌变化对LSPR 共振吸收特性尤其是吸收峰位的影响，探明相关的物理过程和微观机理。项目执行三年获得了系列重要成果：.首先，我们在项目执行过程中，建立了半导体纳米异质结的液相合成有效方法，实现了多种纳米复合材料的可控合成，包括Ag2S-CdS、Ag-CdS、Ag-ZnS、Ag2S-AgGaS2以及Cu1.94S-ZnS等半导体纳米异质结，以及可逆的CuxS有序自组装阵列。在研究纳米异质结的液相形成过程中，我们发展出一种基于纳米快离子导体催化辅助异质生长的液相合成策略，以及一种基于配体交换的纳米材料液相可逆自组装策略。这些合成方法丰富了纳米合成化学，为后续复杂纳米结构的制备提供了理论与实验基础。.针对我们制备的纳米复合材料，我们进一步开展了LSPR特性的研究，获得了系列重要进展：1、通过选择性还原策略将Ag2S-CdS火材棒纳米异质结转化成Ag-CdS。随着组分演变，该材料在420nm波长处逐渐呈现LSPR共振特性，并表现出明显的LSPR局域场增强半导体（CdS纳米棒）的荧光发射。2、通过表面配体交换策略实现了CuxS纳米片在液相中的可逆有序自组装，并利用自组装与解组装过程中CuxS纳米片局域极化行为的变化，实现了材料LSPR频谱的宽谱调谐。这些结果为复杂纳米结构的LSPR特性研究提供了重要实验与理论基础。.此外，我们还基于纳米快离子导体催化辅助异质生长的液相合成策略，首次合成了尺寸在15nm、单分散且形貌均匀的AgGaS2纳米金字塔，并实现了基质敏化的Mn2+离子发光；我们还设计了一种多步异质生长方法，实现了新颖的CuGaS2-ZnS纳米异质结的液相合成，并研究了其光催化产氢性能。这些研究拓展了纳米异质结在发光和光电领域的应用。.除了完成原定计划，我们还进一步开展了面向白光LED和温度传感材料的研究。