贵金属纳米颗粒有序阵列构筑的研究进展

巫婷

摘 要：貴金属纳米颗粒有序阵列不仅具有贵金属纳米颗粒的表面等离激元共振（SPR）特性，而且具有纳米颗粒间的等离激元耦合效应所产生的光学和电学等性质。影响贵金属纳米颗粒有序阵列特性的因素有组成、形状、尺寸和纳米颗粒之间的间隙等。因此，研究者开发了多种构筑方法制备贵金属纳米颗粒有序阵列，如聚苯乙烯（PS）胶体晶体模板法、阳极氧化铝（AAO）模板法、静电力自组装等。本文综述了贵金属纳米颗粒有序阵列构筑方法的研究进展。

关键词：贵金属颗粒;纳米结构;模板法;自组装法

1 概述

贵金属纳米颗粒有序阵列具有结构均匀性、重复性和性能稳定性等特点而备受研究者们的青睐。贵金属纳米颗粒有序阵列由于具有不同组分或结构的协同效应和相互作用，所以不仅具有贵金属纳米颗粒本身的SPR特性，而且由于纳米颗粒间的等离激元耦合效应，还具有光学和电学等性质，广泛应用于表面增强拉曼散射（SERS）、生化传感、光电催化等领域[1-3]。影响贵金属纳米颗粒有序阵列特性的因素有纳米颗粒之间的间隙、成分、形状等。因此，研究者开发了多种构筑方法制备贵金属纳米颗粒有序阵列，如PS胶体晶体模板法、AAO模板法、静电力自组装等。本文总结了近年来贵金属纳米颗粒有序阵列的构筑方法。

2 贵金属纳米颗粒有序阵列构筑方法

目前研究者们已经开发了多种贵金属纳米颗粒阵列的制备方法，大致分为 “自下而上”和“自上而下”。自下而上的方法是通过相互作用力来约束和限制分子或者原子使其自组装从而构筑复杂或者特定结构的纳米阵列，如PS胶体晶体模板法和氧化铝（AAO）模板法，静电力自组装。

2.1 PS胶体晶体模板法

PS胶体晶体模板法通常是由100 nm到微米级别的胶体微球在重力、静电力、毛细管力等作用力的驱动下自组装形成的二维胶体晶体。然后通过化学或物理方法在模板上沉积贵金属，模板的去除从而得到贵金属纳米颗粒有序阵列。化学方法一般有溶液浸渍法、电化学沉积法和湿法刻蚀等，可以简单、低成本的制备得到有序阵列。物理方法一般包括溅射沉积、电子束蒸发沉积、脉冲激光沉积、反应离子刻蚀和离子束溅射法等，能够避免化学法不可避免的缺点，而且还能通过调节物理沉积的条件和PS胶体晶体的周期可以高度控制阵列的形貌和结构。但是物理方法普遍的特点就是仪器昂贵且需要专业人员操作。

2.2 AAO模板法

AAO模板通常是由纯铝（Al）在酸性电解液中阳极氧化制备的。首先，将预处理的Al基板进行第一次阳极氧化反应，选择适当的溶液选择性去除氧化层后得到有序排列的孔，随后将有序排列的Al基板进行第二次阳极氧化反应得到高度规整、均匀的多孔氧化铝阵列。然后通过蒸发沉积、电化学沉积等方法制备得到贵金属纳米颗粒有序阵列。通过调节阳极氧化反应的实验参数可以改变AAO模板的孔径和周期，具有较高的可控性。但制备AAO模板的两步阳极氧化法耗时较长，膜生长速率较慢导致制备周期比较长。

2.3 静电力自组装

静电力自组装是在静电力作用下，带电的纳米颗粒与带相反电荷的基底进行自组装的过程。静电力自组装最大的特点是操作简单、稳定性好，不受基底材料尺寸和形状的限制，而且还能够精确控制组成结构和厚度。目前静电力自组装的局限之处就在于静电力是比较强的作用力，纳米颗粒一旦在静电力作用下吸附在基底表面，会失去能动性，使其运动受到限制，小于纳米颗粒尺寸的空隙也无法再吸附溶液中的纳米颗粒，而且以及吸附在基底上的纳米颗粒对溶液中的纳米颗粒具有一定的排斥作用，很难制备出均匀性好、密度高的贵金属纳米颗粒阵列。

3 结束语

由于贵金属纳米颗粒有序阵列的优异性能，研究者们开发了多种构筑方法，比如PS胶体晶体模板法、AAO模板法、静电力自组装等。但是在实际制备过程中，每个方法都有各自的优缺点，使得目前的制备只能存在于实验室阶段。今后应该改进原有方法或者开发新方法制备出具有所需性能的贵金属纳米颗粒有序阵列。

参考文献

[1] Hussain， N， Pu， H. B. Hussain， A. et al. Rapid detection of ziram residues in apple and pear fruits by SERS based on octanethiol functionalized bimetallic core-shell nanoparticles[J]. Spectrochimica Acta Part A： Molecular and Biomolecular Spectroscopy， 2020， 236： 118357.

[2] Huang， J. Y. Liang， H. Ye， J. X. et al. Ultrasensitive formaldehyde gas sensor based on Au-loaded ZnO nanorod arrays at low temperature[J]. Sensors and Actuators B-chemical， 2021， 346：130568.

[3] Yun， Q. Xu， J. Wei， T. et al. Synthesis of Pd nanorod arrays on Au nanoframes for excellent ethanol electrooxidation[J]. Nanoscale， 2021， 14（3）：736-743.