LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构，包括具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒外包覆二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳表面覆盖一层氨基，所述氨基外吸附与所述金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点；本发明专利技术还提供了LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法；本发明专利技术由于施主受主分别与不同的表面等离子激元共振峰耦合，使得受体光致发光显著增大，实现196.44％的增幅，而且制得的二氧化硅包覆金属纳米颗粒复合结构分散性好，工艺流程简单，制作成本低。

【技术实现步骤摘要】
LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构及其制备方法
本专利技术涉及二氧化硅包覆金属纳米颗粒核壳的制备及改性方法，特别涉及LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构及其制备方法。
技术介绍
表面等离子激元控制能量传递现象，在许多领域有着广泛的应用。比如：在能源方面，目前国际上化石等矿物能源依旧是主流。尽管各类可再生能源有了很大的进展。但是能源利用效率一直可再生能源，广泛利用的一大阻碍。在太阳能电池中，利用表面等离子激元增强能量传递，可以提高上转换结构和下转换结构太阳能电池的能量利用效率。在传感器方面，根据能量传递原理制成的分子探针已经得到广泛应用。不过，由于能量传递效应的作用范围只有2～6nm，极大的限制了使用范围。通过表面等离子激元的增强效应，可以将能量传递有效范围拓宽至20nm以上，具有极大的应用前景。LSPR(localsurfaceplasmonresonance)为局域表面等离子共振。因此，对表面等离子激元控制的能量传递现象进行研究，有着十分重大的意义。利用二氧化硅壳层作为间隔层，由于硅烷偶联剂价格低廉，因此成本低廉的优点。SajiThomasKochuveedu等人在“SCIENTIFICREPORTS.RevolutionizingtheFRET-BasedLightEmissioninCore-ShellNanostructuresviaComprehensiveActivityofSurfacePlasmons”中提出了一种金纳米球@二氧化硅@量子点@二氧化硅@S101的结构，并且用此结构研究了二氧化硅厚度对金纳米球@二氧化硅@量子点结构中量子点发光，以及对金纳米球@二氧化硅@量子点@二氧化硅@S101结构中能量传递的影响。尽管实现了表面等离子体与量子点之间距离的控制，但是一方面，该结构只能实现荧光体与一种表面等离子共振峰的耦合，无法用来研究多峰耦合的物理现象。另一方面，该结构采用二次二氧化硅包覆的制备步骤，流程繁琐，且容易由于TEOS交联，导致颗粒之间团聚，降低分散性，进而影响实验结果。
技术实现思路
本专利技术公开了LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构，实现了多表面等离子激元耦合量子点，增强不同发光波长量子点之间的能量传递，将量子点链接至氨基化后的MNP@SiO2上，形成金属纳米颗粒表面等离子激元增强的结构，进而提高量子点之间的能量传递效率。LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构，包括具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒外包覆二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳表面覆盖一层氨基，所述氨基外吸附与所述金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点。本专利技术多表面等离子激元耦合量子点，增强不同波长量子点之间能量传递的结构，具有给体荧光寿命降低、受体光致发光增强等特点。受体光致发光相比对照样提高196.44％。本专利技术还提供了LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，包括以下步骤：(1)制备具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒；(2)将步骤(1)制得的金属纳米颗粒离心后重新溶解在CTAB溶液中，通过正硅酸乙酯(TEOS)在CTAB胶束附近水解，形成二氧化硅壳层，得到MNP@SiO2；(3)将步骤(2)制得的MNP@SiO2进行氨基化得到MNP@SiO2-NH2，通过与脂肪胺配体包裹的量子点混合，通过取代反应将与金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点吸附在MNP@SiO2-NH2结构中，形成不同表面等离子共振峰分别与量子点耦合结构。本专利技术利用金属纳米颗粒的多个局域表面等离子共振峰耦合量子点，实现提高能量传递效率的结构。包覆二氧化硅采用的是改进的stober法工艺，制作方法成熟简单，通过改变CTAB浓度，TEOS加入量，能够方便的调整二氧化硅壳厚度。利用对二氧化硅壳氨基化后，取代量子点表面氨基基团，不影响量子点的发光效率。为了便于制备，优选的，所述金属纳米颗粒为金棒或金棒包银。优选的，步骤(3)中，在氨基化前，将步骤(2)制得的MNP@SiO2用乙醇离心1～3次，80℃～95℃干燥后，加入甲苯分散。往得到的溶液中逐滴加入2.5～100μL体积分数1％的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌12小时后，用甲苯和四氢呋喃(THF)各离心2次，向溶液中加入1～100μL脂肪胺修饰的量子点溶液。使得MNP@SiO2颗粒的分散性提高，这样能够保证APTES在金属纳米颗粒表面形成相对有序的氨基化薄膜，量子点吸附均匀致密。优选的，步骤(1)中，所述CTAB溶液的浓度为2mL10～1300μM。CTAB浓度越高，TEOS越有可能在溶液中形成二氧化硅小球，因此金属纳米颗粒上的二氧化硅层越薄；反之，二氧化硅层越厚；由于本专利技术结构要用于研究金属纳米颗粒控制的表面的等离子激元增强能量传递，因此二氧化硅层厚度控制在10～16nm比较合适。pH对TEOS水解速率有极大影响，优选的，步骤(2)中，将0.1M的氢氧化钠水溶液加入所述CTAB溶液中把pH调整至10～11之间。优选的，步骤(3)中，通过向溶液中逐滴加入2.5～100μL体积分数1％的3-氨丙基三乙氧基硅烷进行氨基化。保证分散性和足够的APTES数量，优选的，其特征在于，步骤(3)中，二氧化硅表面积(nm2)与APTES分子数量(个)之比为0.007～0.1之间。为了增强不同发光波长量子点之间的能量传递，优选的，步骤(3)中，所述量子点溶液为1～100μL脂肪胺修饰的量子点溶液。为了增强不同发光波长量子点之间的能量传递，优选的，步骤(1)中，所述的金属纳米颗粒的反应条件为：CTAB、油酸钠、氯金酸的混合溶液中依次加入0.06mL4mM的硝酸银水溶液，0.042mL37％的浓盐酸25μL0.045M的抗坏血酸溶液，制得生长溶液；种子静置30min后，取0.008～0.06mL体积金种，快速加入到生长溶液中，制得金棒；金棒包银步骤为：离心两次，用CTAC取代CTAB，保持前后体积不变，先后加入1mL0.01M硝酸银和0.4mL0.1M抗坏血酸溶液，快速搅拌30s后，60℃保温3h，制得金棒包银；步骤(2)中，所述的金属纳米颗粒包覆二氧化硅反应条件为：离心使得金属纳米颗粒溶液CTAB降低为1.2mM，加入0.1M的氢氧化钠，调节pH至10～11，通过改变加入次数、体积和正硅酸乙酯浓度(5％～20％)，改变二氧化硅壳层厚度；步骤(3)中，采用2.5～100μL体积分数1％的APTES对MNP@SiO2溶液进行氨基化，用甲苯和四氢呋喃(THF)各离心2次，向溶液中加入10～25μL脂肪胺修饰的量子点溶液。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构及其制备方法，由于施主受主分别与不同的表面等离子激元共振峰耦合，使得受体光致发光显著增大，实现196.44％的增幅。(2)本专利技术的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构及其制备方法，制得的二氧化硅包覆金属纳米颗粒复合结构分散性好，工艺流程简单，制作成本低。附图说明图1为实施例1中金属纳米颗粒扫描电镜图。图2为实施例2中金属纳米颗粒扫描电镜图。图3为各实施例中金属纳米颗粒的吸收谱。图4为实施例1中MNP@SiO2的透射电镜图(TEM)。图5为实施例1中金属纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构，其特征在于，包括具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒外包覆二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳表面覆盖一层氨基，所述氨基外吸附与所述金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点。

【技术特征摘要】
1.LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构，其特征在于，包括具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒外包覆二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳表面覆盖一层氨基，所述氨基外吸附与所述金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点。2.LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，奇特真在于，包括以下步骤：(1)制备具有多个局域表面等离子激元共振峰的金属纳米颗粒；(2)将步骤(1)制得的金属纳米颗粒离心后重新溶解在CTAB溶液中，通过正硅酸乙酯在CTAB胶束附近水解，形成二氧化硅壳层，得到MNP@SiO2；(3)将步骤(2)制得的MNP@SiO2进行氨基化得到MNP@SiO2-NH2，通过与脂肪胺配体包裹的量子点混合，通过取代反应将与金属纳米颗粒表面等离子共振峰耦合的量子点吸附在MNP@SiO2-NH2结构中，形成不同表面等离子共振峰分别与量子点耦合结构。3.如权利要求2所述的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒为金棒或金棒包银。4.如权利要求2所述的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在氨基化前，将步骤(2)制得的MNP@SiO2用乙醇离心1～3次，80℃～95℃干燥后，加入甲苯分散。5.如权利要求2所述的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述CTAB溶液的浓度为2mL10～1300μM。6.如权利要求2所述的LSPR辅助可兼顾不同量子点能量传递结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将0.1M的氢氧化钠水溶液加入所述CTAB溶液中把pH调整至10～11之间。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，张汉杰，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33