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纳米科学的突破 探测小于十亿分之一米的粒子

东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家们开发了一种新方法,该方法可以使研究人员评估直径仅为0.5至2 nm的金属颗粒的化学成分和结构。分析技术的这一突破将使微量材料在电子,生物医学,化学等领域的开发和应用成为可能。

纳米科学的突破 探测小于十亿分之一米的粒子

新型材料的研究与开发已实现了无数的技术突破,并且在从医学和生物工程到尖端电子学的大多数科学领域中都是必不可少的。纳米级创新材料的合理设计和分析使我们能够突破以前的设备和方法的局限,以达到前所未有的效率和新功能水平。金属纳米颗粒就是这种情况,由于其潜在的应用前景,金属纳米颗粒目前正受到现代研究的关注。最近开发的使用树枝状大分子作为模板的合成方法使研究人员能够创建直径为0.5至2 nm(十亿分之一米)的金属纳米晶体。这些难以置信的小颗粒,称为“亚纳米簇”(SNC),

不幸的是,现有的用于研究纳米级材料和颗粒结构的分析方法不适用于SNC检测。一种这样的方法,称为拉曼光谱法,包括用激光照射样品并分析所得的散射光谱以获得材料可能成分的分子指纹或轮廓。尽管传统的拉曼光谱法及其变体已成为研究人员的宝贵工具,但由于它们的低灵敏度,它们仍不能用于SNC。因此,东京工业大学的一个研究团队,包括久留米博士,山本喜久教授及其同事,研究了一种增强拉曼光谱测量并使其能够胜任SNC分析的方法(图)。

一种特定类型的拉曼光谱方法称为表面增强拉曼光谱。在更精细的变体中,将包裹在惰性二氧化硅薄壳中的金和/或银纳米颗粒添加到样品中,以放大光信号,从而提高该技术的灵敏度。该研究小组首先致力于从理论上确定其最佳尺寸和组成,其中100纳米银光放大器(几乎是常用尺寸的两倍)可以极大地放大粘附在多孔二氧化硅壳上的SNC的信号。山本教授解释说:“这种光谱技术选择性地产生了与光放大器表面非常接近的物质的拉曼信号。” 为了检验这些发现,化学组成在某些其莫名其妙地高的催化活性的化学反应。通过将他们的拉曼测量结果与结构模拟和理论分析进行比较,他们发现了关于氧化锡SNC的结构的新见解,解释了氧化锡SNC原子依赖的特定催化活性的起源。

本研究中使用的方法学可能会对更好的分析技术和亚纳米尺度科学的发展产生重大影响。山本教授总结说:“对物质的物理和化学性质的详细了解有助于实际应用中亚纳米材料的合理设计。高度敏感的光谱方法将加速材料创新,并促进亚纳米科学作为一个跨学科的研究领域,”山本教授总结说。该研究团队提出的突破性突破对于扩大亚纳米材料在生物传感器,电子学和催化剂等各个领域的应用范围至关重要。

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