Angew. Chem. :可溶胀聚合物胶体限域对等离激元耦合的可逆调控

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等离激元纳米粒子因其独特的局域表面等离激元共振(LSPR)特性而备受关注。这些纳米粒子能在纳米尺度上限制和增强电磁场,并具有可调的光学性质,使其在催化、生物技术和光学设备等领域有广泛应用。随着研究的深入,动态调控等离激元纳米粒子的LSPR特性逐渐成为研究重点。通过将这些纳米粒子与对刺激响应的材料结合,可以利用外部环境变化(如pH值、温度、光和磁场等)调节纳米粒子间的距离及其周围的介电环境。这种动态和可逆的调节方式扩展了等离激元纳米粒子的功能和应用领域。


尽管在单一刺激响应系统的研究已取得显著进展,但能够实现多级和多模态动态调制的多刺激响应机制的探索仍然较为稀少。针对这一挑战,加州大学河滨分校的殷亚东教授团队开发了一种新型的多刺激响应等离激元耦合系统。该系统采用单层金纳米粒子(AuNPs),这些纳米粒子被限域于可溶胀的间苯二酚-甲醛(RF)聚合物胶体球中,通过pH变化和热处理实现等离激元特性的可逆和动态调控。

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这种多响应系统的构建,是通过在RF纳米球表面沉积金种子,然后包覆一层额外的RF层,并在限域空间内进行可控的种子生长,以增加AuNPs的尺寸,并减少粒子间距离,从而诱导显著的等离激元耦合。等离激元耦合的可逆动态调制,可利用RF的溶胀和收缩来实现。RF的溶胀可以通过碱处理触发,这一处理使酚羟基去质子化并可能破坏RF网络中的交联键,增加溶剂的渗透性并促进聚合物的溶胀。相反,酸和热的处理可以逆转这一过程,引起RF的收缩。


这种动态的溶胀和收缩行为有效地调节了嵌入其中的AuNPs的空间排列和粒子间距离,实现了它们局部表面等离激元的快速和可重复的解耦和重耦。这种多响应等离激元系统的一个显著特点是,能够通过碱处理实现一步解耦,并且通过顺序的酸和热处理实现两步耦合,从而在溶液和固态膜中实现三元状态之间的可切换颜色转变。利用这些纳米粒子的光热效应和对刺激响应的特性,该等离激元系统可用于创建动态防伪图案,展示出可逆和可重写的功能以及选择性信息显示。

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引入具有多重刺激响应的可溶胀聚合物纳米球来控制等离激元耦合,为开发自适应光学材料和先进防伪技术提供了新的思路,有望推动相关领域的研究和应用。

文信息

Reversible Modulation of Plasmonic Coupling of Gold Nanoparticles Confined within Swellable Polymer Colloidal Spheres

Zuyang Ye, Chen Chen, Licheng Cao, Zepeng Cai, Christina Xu, Dr. Hye-In Kim, Prof. Dr. Juan Pablo Giraldo, Prof. Dr. Antonios G. Kanaras, Prof. Dr. Yadong Yin


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202408020


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