貴金屬納米顆粒對(duì)量子點(diǎn)及卟啉分子的熒光影響機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，貴金屬納米顆粒由于對(duì)其表面的光電信號(hào)的增強(qiáng)效應(yīng)顯著而被廣泛的應(yīng)用于分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在貴金屬納米顆粒對(duì)其表面物質(zhì)的熒光發(fā)射性質(zhì)的影響及其機(jī)理的研究中，有豐富的研究成果出現(xiàn)。這其中既有表面等離激元共振增強(qiáng)的表面熒光發(fā)射，也有因能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)導(dǎo)致的表面熒光淬滅，但其中相互作用機(jī)制的討論尚未取得統(tǒng)一的結(jié)論。人們選擇量子點(diǎn)或有機(jī)染料作為熒光物質(zhì)，將其一般性的簡(jiǎn)化為發(fā)射偶極子，而忽略了這類(lèi)熒光物質(zhì)熒光能級(jí)和熒光過(guò)程的特殊性，使得這些

2、研究結(jié)果與實(shí)際的應(yīng)用還有一定的差距。所以具體的研究熒光物質(zhì)特定的熒光能級(jí)和熒光過(guò)程受貴金屬納米顆粒的影響及其機(jī)理，可以為貴金屬納米顆粒的更廣泛的應(yīng)用提供準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)參考，因此該研究方向已經(jīng)成為納米科技領(lǐng)域一個(gè)比較重要的分支。
　　本課題選擇量子點(diǎn)和卟啉衍生物這兩種有代表性且應(yīng)用廣泛的熒光物質(zhì)，利用穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨熒光光譜技術(shù)，研究貴金屬納米顆粒對(duì)這兩種熒光物質(zhì)的特定的熒光能級(jí)和熒光過(guò)程的影響及其機(jī)理；同時(shí)針對(duì)目前研究較少但有

3、重要應(yīng)用背景的金屬增強(qiáng)雙光子熒光效應(yīng)進(jìn)行了一些初步的理論探討。
　　首先，為了使貴金屬納米顆粒的表面等離激元共振峰與熒光物質(zhì)的能級(jí)匹配，我們利用真空熱蒸鍍和種子誘導(dǎo)法這兩種制備方法，成功的制備了球形和棒狀的貴金屬納米顆粒。通過(guò)調(diào)節(jié)蒸鍍過(guò)程中的沉積量以及種子誘導(dǎo)法中的反應(yīng)物濃度，控制了貴金屬納米顆粒的尺寸和形狀，達(dá)到了調(diào)節(jié)其表面等離激元共振峰的目的。
　　其次，細(xì)化了量子點(diǎn)/貴金屬納米顆粒復(fù)合體系相互作用理論模型，并給出了實(shí)驗(yàn)

4、驗(yàn)證。以往的研究中人們將量子點(diǎn)一般性的簡(jiǎn)化成發(fā)射偶極子，掩蓋了其中實(shí)際發(fā)生的物理過(guò)程。我們將量子點(diǎn)的激子態(tài)精細(xì)化，研究了量子點(diǎn)的本征態(tài)和表面態(tài)與金納米顆粒之間的相互作用。通過(guò)時(shí)間分辨熒光光譜的研究，發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)本征態(tài)與金納米顆粒之間有相互作用，而表面態(tài)與金納米顆粒之間即使?jié)M足光譜重疊條件也沒(méi)有明顯的相互作用，觀察到了由于上述原因造成了金納米顆粒對(duì)量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度的淬滅、峰位的紅移以及熒光過(guò)程的影響。
　　再次，研究了貴金屬納米顆粒/

5、有機(jī)染料復(fù)合體系中表面等離激元對(duì)有機(jī)分子特定熒光能級(jí)的影響的規(guī)律。以往的研究中人們常常將有機(jī)染料一般性的簡(jiǎn)化為發(fā)射偶極子，但是有機(jī)染料的實(shí)際應(yīng)用中人們往往關(guān)注的是其某一特定熒光能級(jí)的性質(zhì)，比如卟啉的Q帶熒光壽命。針對(duì)這一問(wèn)題，我們研究了吸附在貴金屬納米顆粒表面的卟啉衍生物的Q帶熒光壽命的變化規(guī)律。當(dāng)貴金屬的表面等離激元共振峰與卟啉的Q吸收帶共振時(shí)，被貴金屬納米顆粒增強(qiáng)的表面光電場(chǎng)對(duì)處于激發(fā)態(tài)具有較高極性的卟啉分子有穩(wěn)定作用，使得卟啉 Q

6、帶壽命得到延長(zhǎng)。而當(dāng)貴金屬的表面等離激元共振峰與卟啉的Q發(fā)射帶共振時(shí)，能量轉(zhuǎn)移使卟啉的Q帶壽命縮短了。Q帶壽命直接決定了卟啉第一三重態(tài)的布居數(shù)，因此這種影響在以卟啉為光敏劑的光動(dòng)力治療方面有重要的意義。
　　最后，理論上研究了貴金屬納米顆粒對(duì)量子點(diǎn)雙光子熒光的增強(qiáng)效應(yīng)。在以往的研究中，人們認(rèn)為僅僅是貴金屬的表面等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng)導(dǎo)致了雙光子熒光的增強(qiáng)，而忽略了能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)的影響，因而對(duì)將貴金屬的表面等離激元共振峰調(diào)至激發(fā)區(qū)還是發(fā)