壳层隔绝纳米粒子增强拉曼散射机理及拓展研究

深入探索壳层隔绝纳米粒子增强拉曼散射的增强机理并拓展其应用领域对保持我国SHINERS技术的国际领先地位十分重要。本项目首先通过物理建模与数值仿真，综合应用三维时域有限差分、Mie 理论、离散偶极近似等方法对SHINERS中的物理增强机制进行系统研究;同时，利用GAUSS、TURBOMORE等量子化学的方法，深入探讨电荷和能量转移对SHINERS中化学增强的影响。通过机理研究将解决基底、壳层隔绝纳米粒子的大小、形状、组分、聚集状态、激发光、吸附分子及介电环境等各因素对SHINERS的定量影响，促进SHINERS中物理增强与化学增强机理的统一理论研究，最终达到深刻认识SHINERS中光、纳米结构、分子三者之间的相互作用的目的。利用理论研究的成果，进一步优化SHINERS技术并将其拓展至电化学拉曼及生物活细胞研究领域。预计将在国际高质量学术刊物上发表10篇左右有影响力的研究论文。

在基金的支持下，研究组成员深入探索了壳层隔绝纳米粒子增强拉曼散射的增强机理，并将其成功应用于表面等离激元增强二次谐波研究上。本项目首先通过物理建模与数值仿真，对SHINERS 中的物理增强机制中最核心的“热点”形成及空间定位进行系统研究，定量解决了基底、壳层隔绝纳米粒子的大小、形状、组分、聚集状态、激发光、吸附分子及介电环境等各因素对SHINERS 的具体影响，促进了SHINERS 中物理增强与化学增强机理的统一理论研究。利用理论研究的成果，通过进一步优化SHINERS 技术并将其作为平台，成功突破光学的衍射极限，提出并从实验上实现了PESHG纳米尺。基于硅针尖AFM体系，研究并设计了硅@金针尖，获得普适性更高的TERS针尖体系，并对其增强因子和空间分辨率进行了系统研究。在国际高质量学术刊物上发表10余篇影响因子IF超过3的研究论文，其中影响因子大于10的4篇（Nano Lett. 1篇， ACS Nano 2篇，J. Am. Chem. Soc 1篇），影响因子在5～10的4篇，影响因子在3～5的3篇。