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化学纳米等离子体学:纳米化学与等离子体学交叉领域的新兴跨学科研究方向

DOI:10.1021/acs.accounts.9b00504 期刊:Accounts of Chemical Research 出版年份:2019 更新时间:2025-09-12 10:27:22
摘要: 等离子体学研究致力于理解和操控光与物质在远小于光波长尺度(如金属纳米颗粒)上的相互作用。这种相互作用可与热能、光谱等多种能量和信号形式相关联。等离子体学研究涵盖从理性设计与精准合成能揭示并可靠调控新型有用等离子体特性(如表面增强光谱与光热效应)的纳米结构,到最终获取并应用这些等离子体功能(例如生物医学领域)的全过程。凭借等离子体材料与器件巨大的潜力与多功能性,其原理有望为化学各分支领域(包括纳米颗?;?、催化反应、表面增强拉曼散射、光伏技术、传感、生物化学及治疗学)的诸多重要挑战提供新方案或改进方案。 此外,通过纳米尺度的材料或性能化学(即纳米化学)可解决等离子体学发展与应用中的诸多障碍,而化学原理与方法也能为等离子体学研究开辟新方向。纳米化学使科学家能开发出高精度合成纳米结构的精妙方法,并提供功能化与分析复杂等离子体纳米结构(如异质结构纳米颗粒)的工具。因此,近期纳米化学与等离子体材料的结合对等离子体学的合理应用与实际推广产生了重大影响,而等离子体学也为化学过程提供了新途径与工具。 化学纳米等离子体学领域既包括通过纳米尺度化学推动等离子体学发展的研究,也涵盖利用等离子体学解决化学关键问题的应用。等离子体学新兴原理、方法与材料(如基于等离子体纳米结构内强电磁场形成的光学/化学热点,以及基于等离子体热点的单分子与三维表面增强拉曼散射技术)可广泛应用于化学各领域。等离子体多聚体(如金纳米颗粒二聚体)、等离子体超晶体、等离子体纳米颗粒晶格、金纳米双锥体、病毒尺寸金纳米棒、球形核酸、等离子体超材料及手性等离子体结构等是基于材料化学的等离子体学关键纳米结构。 热载流子与等离子体驱动催化已成为物理化学、材料化学及催化等多个分支领域的重要研究方向。此外,等离子体纳米颗粒-细胞膜界面平台、DNA折纸术等离子体学及石墨烯非线性等离子体学等新兴平台,正成为能构建光学器件与计算设备等功能材料与器件的下一代技术平台。
作者: Jwa-Min Nam,Luis Liz-Marza?n,Naomi Halas
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研究概述

探索纳米化学与等离子体学交叉领域的跨学科研究,重点关注通过纳米化学推动等离子体学发展,以及应用等离子体学解决化学领域的关键挑战。

化学纳米等离子体学在过去十年中取得了重大进展,通过将纳米化学与等离子体学相结合,为化学各子领域的挑战提供了新的解决方案。未来的发展方向包括克服当前限制,以实现化学等离子体学在可靠实际应用中的全部潜力。

真实结构与基于系统的量子模拟、目标结构的超精密高产率合成、可靠且易获取的单分子或单粒子测量、纳米结构的定量光谱分析、通过化学配体与生物分子实现的可控表面修饰、纳米颗粒合成的规?;?,以及生物诊断、生物成像与治疗系统中的高数据重现性。

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