莱斯大学 莱斯大学的科学家将金纳米粒子与软聚合物结合，从金对光的等离子体反应中提取能量
这些能量可以用来潜在地催化化学反应
学分:艾米丽·塞尔斯/莱斯大学 越大并不总是越好，但有些东西从小处开始，越大越好
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由莱斯大学化学家克里斯蒂·兰德斯和斯蒂芬·林克领导的团队，两人都与斯马利-科尔研究所有联系，已经制造出混合粒子，这种粒子结合了等离子体纳米粒子无与伦比的集光特性和催化聚合物涂层的灵活性
他们的工作有助于推动长期以来在电子、成像、传感和医学领域的等离子体应用
等离子体激元是由光或其他输入激发时，在某些金属表面产生的可检测到的能量波纹
纳米天线是这些金属的微小碎片，如金、银和铝
因为它们对取决于其大小、形状和类型的特定输入敏感，所以它们是可调的，因此可用作传感器、生物造影剂，甚至用作治疗剂
主要作者艾米丽·瑟尔斯(化学研究生)和肖恩·柯林斯(莱斯大学卡尔和莉莲·伊利格博士后研究员)的目标是制造混合纳米天线，使能量从金属核心最大限度地转移到聚合物涂层上
他们发现了一种用光敏镍基聚合物在电化学载体上涂覆金纳米粒子的方法
当被光触发时，来自金等离子体的能量流入涂层，而电化学电池中施加的电势诱导溶液中单体的新聚合，使涂层尺寸加倍
由此产生的混合物通过将能量转移到聚合物壳层来抑制等离子体的光散射
“希望是，因为我们已经把能量放在聚合物中，我们现在可以利用这些能量与软界面表面的其他分子反应，”塞尔说
“本文中没有包括任何反应，但这正是我们想要做的
" 这项研究发表在美国化学学会杂志《纳米化学》上
所研究的金聚合物颗粒在聚合前测量约35×85纳米，聚合后测量两倍
在实验和模拟的巅峰时期，他们将能量从纳米粒子传递到涂层的效率为50%，比之前的基准高出20%
实验包括在高光谱暗场成像显微镜下，将单个涂层粒子放在氧化铟锡电极上，记录它们的散射光谱
研究人员知道在金属和聚合物涂层之间转移光能的两种可能途径:电荷转移和共振能量转移
林克说:“这些利用能量转移途径的新型混合物，可以解决等离子体光催化目前面临的两个挑战。”
“首先，效率通常较低，因为与其他竞争过程相比，电荷转移较慢
“其次，电荷转移通常需要牺牲性的反作用，否则催化剂会随着时间的推移而中毒，”他说
“这些基于能量转移的混合物消除了牺牲反应的需要，因为电子和空穴转移同时发生
" 第一个挑战是找出哪种聚合物最适合从这里到那里获取能量
“纳米天线和聚合物看起来非常相似，如果你简单地测量它们吸收的光谱，”柯林斯说，他现在是英特尔的光刻工艺工程师
“然而，它们实际上是以完全不同的方式吸收光线，诀窍是让这两种机制协同工作
纳米天线撒下一张巨大的网来吸收光能，并把大部分捕获物分享给饥饿的聚合物，这给了聚合物比它单独获得的能量多得多的能量
" 研究小组确定了金中的等离子共振偶极子和镍聚合物中的电偶极跃迁，当用锂激发时，它们对齐，为电荷载流子从聚合物中迁移提供了一条路径
“聚合物中的能量会在一段时间后消散，但似乎不会回到黄金，”塞尔说
她说，聚合物涂层确实达到了收益递减点
“我们发现有一种快乐的地方，在那里你不会看到更多的能量转移，”塞尔说
“你添加的聚合物离纳米粒子太远了
" 当塞尔研究实际应用时，光输入、纳米粒子结构和聚合物之间的所有变量将使她忙碌数年
“目标是能够创建一个这些系统的库，”她说
“根据不同的应用，我们希望改变频谱以获得最高的能效
当然，有很多不同的东西需要调整
" 兰德斯强调了合作团队的重要性，以及将新的成像和光谱工具结合到项目中的能力
“如果我们希望在未来的应用中利用新型纳米材料的潜力，理解诸如能量转移这样的基本过程如何在纳米和宏观尺度上驱动它们的材料特性是至关重要的，”她说
“这种努力比单一方法或单一实验室所能完成的要大
"
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