可变色的金—金纳米粒子与聚苯胺的等离子体共振电化学开关

AM-wangjianfang金属表面等离子体共振(SPR)在光学器件、光电器件、光催化以及传感器等众多纳米光学研究中引起了广泛的关注。金纳米粒子具有优异的表面等离子体共振性质,并且能随着粒子周围的介电环境的变化而产生不同的等离子体共振行为。主动调控金纳米粒子的表面等离子体共振行为,可重复、持续地来回调节金纳米粒子的颜色,是一个有趣而富有挑战性的课题。

近期,香港中文大学王建方教授团队利用化学合成法合成出金纳米球、纳米棒以及纳米双锥与导电高分子聚合物—聚苯胺(polyaniline)的核壳结构,并且实现了通过改变电化学电势快速来回、可重复地改变金纳米粒子的颜色,成功构建出表面等离子体共振的电化学开关。在施加电化学电势的过程中,聚苯胺进行电化学氧化还原反应,其介电函数发生显著的改变。金纳米粒子在其周围聚苯胺介电环境的变化下,表面等离子体共振行为发生了改变,从而在不同的施加电压下呈现不同的颜色。单颗粒暗场散射实验结果表明,在聚苯胺包覆金纳米棒的复合纳米结构中,表面等离子体共振峰在可见光波段中获得高达100纳米范围内的精确可逆电化学调变,并且在200次调控循环后性能没有明显衰退。最令人兴奋的是,调变过程响应速度非常快,在1毫秒内即可完成整个电化学调变,该响应时间已经达到了相关测量仪器的分辨率下限。进一步研究表明,在透明导电玻璃上的集体颗粒性能测试中,聚苯胺包覆金纳米双锥纳米结构的表面等离子体共振峰可在近红外波段内获得高达150纳米范围的精确可逆电化学调变,使可见光–近红外波段连续调控成为可能。

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低成本的合成方法、简单的调控手段、表面等离子体共振的大范围精确调控、快速而稳定的可逆调变,这些独特的性能使得金纳米粒子与聚苯胺核壳结构在构建电致变色原件、透明显示器以及智能彩色玻璃和镜等的应用中有着巨大的应用潜力。

相关文章发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.201604862)上,第一作者为香港中文大学博士生卢文正,通讯作者为蒋妮娜教授与王建方教授。

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