合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

金や銀ナノ粒子は、フォトニクス^、1太陽光発電^、2触媒作用^、3化学的/生物学的センシング^、4生物学的イメージング^、5および光線力学療法を含む種々の用途における将来の技術進歩の可能性を持っている^。6可視励起下では、表面の電子はに振動することができます可視スペクトル内の入射放射線を集中するために利用することができる局在表面プラズモン共鳴（SPR）として知られている共振を形成します。最近では、貴金属ナノ粒子が向上し、波長可変機能を備えたハイブリッドナノ粒子を製造するために、半導体や磁性ナノ粒子と結合されてきた^。7,8最近の文献を、そのような欧陽ら ⁹またはChen らによって行われた研究として^。10、示されていますハイブリッド種の均一性のこれらの粒子の合成が、唯一の制限された制御の可能性が原因することが可能です金ナノ粒子サイズの分布と成長の各段階での物理特性評価と相まって、光学特性評価の欠如によって悪化。 Zamkov らは、シェルの形成に類似した均一性を示したが、いくつかのシェルを完全にナノ粒子の周囲に形成されていないとの唯一のシェルの厚さは、異なるコアサイズで利用しました。効果的にこれらのナノ粒子を利用するためには、正確な光学的応答は既知でなければならないと、シェルの厚さのさまざまな特徴とします。シェルの厚さの高精度は、最終的なハイブリッド種よりも高い制御をもたらす、鋳型として単分散の、水性金粒子の使用を介して達成することができます。コアとシェルとの間の相互作用は、半導体材料の少量と金コアに近接に起因する吸収又は放射率の制限された機能拡張を示してもよいです。代わりに、シェルと金粒子で見つかった半導体との間の相互作用の、シェルが使用することができます外部発色団との間の距離を制限するためのスペーサーを^d。11これは、金属表面と直接接触の影響を否定し、プラズモンしばらくの間の空間的分離よりも高い制御を可能にします。

表面プラズモン共鳴および発色団で製造励起子との間の電子的相互作用の程度は、直接相互作用の金属と半導体の種との間の距離、表面環境と強さに相関している¹²種を超える距離だけ分離されている場合25 nmのは、2つの電子状態が乱されていないままであり、光学応答は変わらない。粒子は、より親密な接触を持っているし、（非放射率向上やフォレスター共鳴エネルギー移動を介して任意の励起エネルギーの消光をもたらすことができるときに¹³強結合政権が支配的ですFRET）。目を調整することにより、結合強度の^14,15操作、発色団と金属ナノ粒子間の電子の間隔は、同様にプラスの効果をもたらすことができます。ナノ粒子の吸光係数は、ナノ粒子は、はるかに効率的に入射光を集中することができ、ほとんどの発色団よりも大きい大きさのオーダーであることができます。ナノ粒子の増大した励起効率を利用する発色団で高い励起率をもたらすことができる。励振ダイポールの¹²カップリングはまた、非放射速度が影響を受けない場合、量子収量の増加をもたらすことができる、発色団の放出速度を増加させることができる。 ^図12は、これらの効果が増加した吸光度で太陽電池やフィルムにつながる、と太陽光発電効率、金の増加吸収断面積と局在表面状態の存在に起因する半導体層からの電荷抽出の容易さによって容易に可能性があります^。12,16このを研究はまた、AFなどのプラズモンの結合強度に関する有用な情報を提供します距離の慰め。

局在表面プラズモンが広くローカル環境にプラズモン共鳴の感度のために¹⁷および検出¹⁸アプリケーションを感知に使用されてきました。クローニンらは、金ナノ粒子の添加によって改善することができるのTiO ₂膜の触媒効率を示しました。シミュレーションは、活性の増加が続いてエキシトン生成速度を増加させるのTiO ₂で作成された励起子とプラズモンの電界の結合に起因することを示した。Schmuttenmaer ら、示した¹⁹その色素増感型（DSSC）の効率太陽電池金/のSiO ₂ / TiO ₂の凝集体の取り込みに向上させることができました。凝集体は、周波数の広い範囲にわたって光吸収を増加させる広い局在表面プラズモンモードの生成を介して吸収を高める^。20、Li ら 、他の文献で ​​は観察しますD重大な蛍光寿命の減少だけでなく、定常状態の蛍光強度の距離依存性増強は、単一のCdSe / ZnSの量子ドットと、単一の金ナノ粒子の直接結合を介して観察された^。21このプラズモン増強を最大限に活用するためには、そこにあります2種の間で設定された距離と物理的に結合するために必要です。

ハイブリッドナノ粒子の合成

Jiatiao ら 、均一かつ調整可能なシェルの厚さを生成するための陽イオン交換を介して、金ナノ粒子上にコート半導体材料にする方法を説明しました。シェルは、厚さが均一であったが、金のテンプレートは非常に単分散ではありませんでした。これは、粒子の粒子、従って結合強度から金比半導体を変化させる。これらのコアシェルナノ粒子の光学的特性に⁹アン綿密な研究はreprodを開発するために、行われていますucible合成法。以前の方法は、金ナノ粒子の大きさに不均一性に起因する広いプラズモン共鳴を用いてサンプルを生成することができる有機系ナノ粒子合成、に依存しています。金ナノ粒子の変性水性合成は、長期間安定して再現性の単分散金ナノ粒子のテンプレートを提供することができます。水性界面活性剤セチルトリメチルアンモニウムクロリドによる近隣のセチルトリメチルアンモニウムクロライド分子の長い炭素鎖の間の相互作用にナノ粒子表面上に二重層を形成する^。22この厚い表 ​​面層は、過剰な界面活性剤を除去し、ナノ粒子表面へのアクセスを許可するように慎重に洗浄を必要としますしかし、ナノ粒子のサイズおよび形状よりも高い制御を提供することができる。銀シェル²³水性添加は、シェルの厚さと光学特性との間のより密接な相関関係をもたらす高精度に制御することができる。アスコルビンACを介して²³遅い還元IDは、溶液中の銀ナノ粒子の形成を防ぐために非常に正確に銀塩の添加を必要とし、金表面上に銀を堆積するために利用されます。第3のステップは、有機相に添加される硫黄の大過剰を必要とし、水性ナノ粒子の相転移が発生しなければなりません。キャッピング剤およびナノ粒子、均一の相転移の補助の両方として作用することができる有機キャッピング剤と、オレイン酸、オレイルアミンなどを添加して、非晶質の硫化銀シェルは、ナノ粒子の周りに形成することができる^。9,24の濃度これらの分子は、このステップでナノ粒子の凝集を防ぐのに十分な高さでなければなりませんが、あまりにも多くの過剰の精製が困難になることができます。トリブチルホスフィンおよび金属硝酸塩（カドミウム、亜鉛または鉛）の存在下において、アモルファス硫化シェルの内側に陽イオン交換を行うことができます。反応温度は、金属の異なる再びアクティブのために修正されなければならない⁹そして余分な硫黄は、個々の量子ドットの形成を低減するために除去しなければなりません。合成の各工程は、ナノ粒子の表面の環境の変化に対応し、したがって、プラズモンにおける変化は、誘電場の周囲にプラズモン周波数の依存性を観察すべきです。透過型電子顕微鏡（TEM）特性評価の関数としての光吸収の平行研究は、ナノ粒子を特徴付けるために使用されました。この合成手順は、顕微鏡と分光データから、より良い相関を提供し、よく制御され、均一なサンプルをご提供します。

フルオロフォアとのカップリング

プラズモニック金属表面と蛍光団との間の誘電体の間隔層を適用すると、金属に作成された励起子の非放射性エネルギー移動による損失を減少させるのに役立ちます。このスペーシング層は、フルオロフォアとの間の距離依存性の研究を助けることができます金属表面上プラズモン共鳴。私たちは、誘電体スペーサ層としてハイブリッドナノ粒子の半導体シェルを使用して提案します。シェルの厚さは2ナノメートルから正確な距離相関実験を行うことを可能にする20ナノメートルの範囲の厚さを有するナノメートルの精度で調整することができます。シェルはまた、距離だけでなく、誘電率、電子バンドの配置、さらに結晶格子パラメーターだけでなく、制御を可能にする、カドミウム、鉛または亜鉛カチオンおよびS、Se及びTeの陰イオンで調整することができます。