《纳米技术》：调控PH值可制造出不同形状和颜色的纳米材料

我国科学家最近发现，银纳米粒子的形状、颜色和光学性质都可以通过一种简易、廉价、省时的方法进行控制。只要调节纳米粒子的沉浸溶液的PH值，银纳米棱柱（nanoprisms）就可以变成纳米圆盘（nanodiscs），同时提高粒子的光散射特性。相关论文发表在近期的《纳米技术》杂志上。
 
进行该项研究的是中国东北师范大学的化学家Ying Chen，Chungang Wang，Zhangfang Ma和Zhongmin Su等人，他们发现了一份酸性溶液如何减少银纳米粒子的吸收波长峰值，也就是改进了所谓的“表面增强拉曼散射”（SERS）。他们希望这一成果有助于生物传感的纳米薄膜的制造。
 
Ma表示，该研究有助于理解周围环境变化时纳米形态结构的转变机制。研究人员发现，在原子力显微镜（AFM）下呈深蓝色的银纳米棱柱（颗粒边缘平均长度48nm），被浸入PH值5.0的溶液中5分钟后，吸收峰值从800nm减到500nm，颜色变为深紫色。当浸入PH值2.2的溶液中，吸收峰值减到432nm，颜色变为黄色。
 
除了颜色改变外，研究人员还惊奇地发现，随着溶液的PH值减到6.0以下，银纳米棱柱颗粒会逐渐变为更小的纳米圆盘。研究人员将纳米颗粒的形状改变归因于酸性溶液中氢离子的增加。
 
氢离子作为蚀刻剂，从本质上改变了纳米棱柱颗粒的转角，从而使棱柱变成了圆盘状。研究人员发现，PH值越低，氢离子蚀刻能力越强，棱柱变为圆盘的速度越快，纳米颗粒间的距离越大。这些纳米圆盘直径约为35nm，厚约20nm，比棱柱要小。
 
科学家指出，控制纳米材料形状和颜色是应用之一是增强SERS效应，SERS已经被用于材料分析和放大电子通讯信号。为了增强SERS，科学家可以利用能进行强局部等离子体共振的纳米粒子，来放大局部电磁场。而控制纳米粒子形状的能力，可以让研究人员通过达到需要的特定激励波长，来实现最优化的电磁效应。
 
Ma表示，“ 各项异性的贵金属纳米衬底比球形纳米粒子衬底更有利于提升SERS效应。我们的结果将为构建敏感的SERS衬底提供一条简易的线路。这不仅有助于SERS生物传感应用，比如蛋白质和DNA探测，在化学传感应用方面，如小化学分子探测上同样非常有效。”

图片说明：不同PH值时的纳米棱柱形状。A图为初始状态，B图PH值为4.0，C图PH值为2.2。
（图片来源：Ying Chen，Chungang Wang，Zhangfang Ma，Zhongmin Su）

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《纳米技术》论文摘要