合肥研究院在二維Au@Ag納米顆粒陣列對H2S的光學傳感性能研究方面取得進展
【化工儀器網 科技前沿】近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體所納米材料與器件技術研究部研究員李越課題組在二維Au@Ag納米顆粒陣列對H2S的光學傳感性能研究方面取得進展，相關研究結果發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
貴金屬(Au，Ag等)納米粒子，由于其獨特的局域表面等離子體共振(LSPR)性質，在吸收光譜中呈現為SPR吸收峰，該吸收峰位置會隨著貴金屬納米粒子的成分、形狀和局部介電環境變化而移動，使得其能夠作為LSPR傳感器應用于生化傳感領域。在大多數LSPR傳感器中，為了增強探針分子與貴金屬納米粒子之間的相互作用，需要復雜的后修飾過程，從而引起SPR峰的偏移。另外，這樣的SPR峰值偏移仍然相對較小，導致靈敏度相對較低。對于二維周期性貴金屬納米球陣列，其吸收光譜呈現出兩個峰，除了金屬納米粒子本征的SPR峰外，由于貴金屬納米球的周期性排列，光譜中還出現衍射峰。二維周期性陣列的衍射峰對周圍環境的折射率很敏感，因此，借助于衍射峰的這一特性，周期性貴金屬納米球陣列可作為一種新型傳感器。
硫化氫(H2S)是一種無色、有臭雞蛋味的氣體，對人體和生態系統都有危害。因此，快速、靈敏地檢測H2S是十分必要的。常用的H2S檢測方法有熒光光譜法、色譜法、電化學法等，但儀器復雜，樣品預處理過程繁瑣。光學傳感器，如LSPR傳感器，可以降低檢測成本，簡化樣品處理過程。但大多數用于檢測H2S的光學傳感器對血漿、細胞等樣品存在嚴重的基質干擾效應，會降低H2S檢測的選擇性，所以，研制一種快速、靈敏、不需要直接接觸樣品的高選擇性H2S傳感器仍然是一個挑戰。
鑒于此，研究人員以單層膠體微球陣列為模板，采用濺射沉積方法在模板的表面沉積一層Au膜，煅燒處理后獲得周期性二維Au納米顆粒陣列；接著再次采用濺射沉積的方法在其表面沉積一層Ag膜，得到Au@Ag納米顆粒陣列，并研究了該陣列對H2S的光學傳感性能(圖1)。研究結果表明，陣列的衍射峰隨H2S濃度的增加出現了靈敏的紅移，并且衍射峰波長與低濃度的H2S(小于30 μM)之間有良好的線性關系。此外，由于Ag與H2S的之間特異性化學反應以及與樣品無接觸的檢測過程，該陣列對H2S的檢測具有優異的選擇性(圖2)。通過對加標H2S的血漿樣品分析，證明了該方法的有效性，有助于血液樣品中H2S的檢測。該項研究結果對其它探針分子的光學傳感研究具有一定指導意義。
以上研究得到了基金委國家自然科學基金等項目資助。
圖2. (a)-(b)分別為Au@Ag納米顆粒陣列不同放大倍數下的FESEM照片；(c) Au@Ag納米顆粒陣列在不同H2S濃度下，40℃，pH=7下檢測20分鐘后的消光光譜和其顏色變化的照片(插圖)；(d)Au@Ag納米顆粒陣列的衍射峰對檢測H2S及可能的干擾物質的偏移量的比較
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