内部有间隙的金银核壳纳米粒子的强光学活性和光催化性能

强光学活性的纳米材料多见于组装结构,具有螺旋构象或符合“CIP”规则的不对称四面体结构。而单一粒子的手性纳米粒子报道多集中于亚纳米尺度的团簇结构。这种团簇结构各向异性值(g factor)在10-5~10-4水平上,且尺度越大,活性越弱。如何构建大尺度、强光学活性的单一手性纳米粒子一直是个难点。

内部有间隙的金银核壳纳米粒子的强光学活性和光催化性能

 

江南大学“食品科学与技术”国家重点实验室匡华教授所领导的课题组曾报道了利用“胞嘧啶-银-胞嘧啶”的错配在金核上生长银壳层,获得了尺度40 nm的单一强手性纳米粒子(Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 850),其g值达到了1.93×10-2,与手性组装体的各向异性值相当。最近,在前面研究的基础上,匡华教授团队利用半胱氨酸腐蚀金核表面的银壳,用不同旋光性的L/D半胱氨酸获得了具有对映体手性的内部有间隙的金银核壳纳米粒子(GGS);而且利用不同浓度的半胱氨酸成功调制了金核-银壳之间的间隙大小。研究表明,当核-壳间隙为0.5nm时,该GGS纳米粒子表现出最强的等离子体手性光学活性,其g值为0.01。同时,可以简单地通过改变硝酸银的量调制银壳的厚度(幅度2nm-8nm)。此外,研究小组监测了不同光辐照(左/右旋偏振光、日光等)下,GGS粒子转化对氨基苯酚为对氨基苯胺的效率。结果表明,左旋光性的GGS粒子对左旋圆偏振光有特异性吸收,其转化底物的效率是非手性金银核壳纳米颗粒的17倍,是金纳米颗粒的73倍。类似地,右旋光性的GGS粒子在右旋圆偏振光下的催化活性分别是金纳米颗粒和非手性的金银核壳纳米颗粒的71倍和17倍。由上可以看出,该手性纳米粒子显示出良好的光学活性和对映体选择性,且展现出优异的光催化能力。更为重要的是,应用该手性纳米粒子对不同光辐照的响应性差异,有望实现对光催化过程的人为调控,这为研究多相光催化以及光催化动力学过程提供了新的思路。相关工作得到了国家自然科学基金经费资助。相关研究论文在线发表于Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201502429) 上。