紫外光微波辅助合成荧光金纳米团簇文献综述

 2023-08-22 03:08

文献综述(或调研报告):

荧光金纳米团簇(AuNCs)由几个至约一百个金原子组成,由于具有超小尺寸、良好的生物相容性和优异的稳定性等特性而成为用于生物医学成像以及物质检测的理想荧光标记。与传统的有机荧光染料相比,金纳米团簇的强荧光性和荧光发射波长的可调节性受到广大研究人员的青睐。

3.1 简介

荧光金纳米团簇是一种新型的发光纳米材料,具有强的光致发光效应、大的斯托克斯位移和高发射率等性质[20]。它表现出类似分子的光物理性质,有较大的比表面积,并且易于表面功能化处理。通常,金纳米团簇由中心金属核和周围的有机包覆配体组成,其荧光来源有两种:一种是中心的金属核,它是由量子尺寸效应产生的,荧光效果受中央金属核的尺寸影响;第二种是来自配体和中心核之间的相互作用,荧光效果受配体类型、团簇构型和中心核电荷状态影响。与其他类型的发光材料相比,例如小分子染料[21,22]、荧光蛋白[23]、半导体量子点[3]、上转换镧系元素纳米粒子[24]、碳纳米点[25]等等,荧光金纳米团簇具有许多优点,包括制备相对简单、水溶性好、毒性低和生物相容性好等,因此在理论研究和实际应用中表现出巨大的潜力。

3.2 金纳米团簇的发光机理

目前,研究人员们提出了多种机制来解释金纳米团簇的发光机理[26]。当金纳米团簇的尺寸较小(lt;2nm时),纳米团簇内包含少于100个金原子,纳米团簇的粒径与电子的费米波长(lt;1nm)相当。与较大尺寸的纳米材料不同,金纳米簇中的价电子不能在纳米簇表面上自由转移。因此,它们不具有大纳米粒子中典型的连续能带或局部表面等离子体共振等现象。然而,小的金纳米团簇具有从可见光到近红外范围的荧光,并且可以通过更改组成纳米团簇的金原子的数量来方便地对荧光进行调节。一些研究小组认为,纳米团簇的结构是影响金纳米团簇荧光现象的因素。例如,Jin等人通过理论模拟研究了Au25(SH)18团簇的吸收光谱,结果表明,吸收光谱主要归因于sp→sp或d→sp波段的带间跃迁[27]。Sakanaga等通过密度泛函理论(DFT)研究了Au25团簇的荧光机理,探索了激发光谱和发射光谱以及它们的时间依赖性[28]。通过对电子能带结构的分析,他们提出了一种荧光机理,其激发峰为1.8eV,发射峰为2.8eV,分别涉及5d→6sp和6sp→5d跃迁。

另一种解释荧光效果的理论与纳米颗粒的组成有关。一般认为,小的金纳米团簇由零价金原子组成的核(Au0)和一价金离子组成的壳(Au )共同构成,然后通过核与壳之间的能量转移产生荧光。Wen等人研究了用BSA模板合成的Au25团簇产生的温度依赖性荧光[29],他们观察到了一个双发射带,一个带(记为Ⅰ带)来自核心处的13个Au0原子,另一个带(记为Ⅱ带)则来自于表面的6[-S-Au(Ⅰ)-S-Au(Ⅰ)-S-]链。为了探究金纳米团簇荧光的来源,Xie的研究组使用ESI-MS研究了金纳米团簇演化的中间体[30],证实了基于Au0的核和基于Au 的壳对于实现荧光的重要性。

3.3 荧光金纳米团簇的合成与表征

研究人员已经通过各种方法合成了高质量且均质的水溶性荧光金纳米团簇。由于使用强还原剂时有聚集的趋势,HAuCl4溶液可以很容易地被还原成金纳米粒子。然而,要想合成更小尺寸的荧光纳米团簇,必须使用相对较弱的还原剂,因此含硫醇的分子是合适的还原剂和稳定剂。目前,多种合成技术可以用于有效控制反应条件和制备过程。

3.3.1 微波辅助合成

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