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棉花棒型金奈米圓柱-硒奈米球複合結構之合成： 位置操控及光譜偏移

為了解決q tips棉花棒的問題，作者曾柏澂 這樣論述：

本研究藉由新的策略於金奈米圓柱粒子上生長硒奈米球，完成極具挑戰的棉花棒型金奈米圓柱-硒奈米球（Q-tip Au nanorod-Se nanosphere; Q-AuNR-SeNS）此一奈米複合結構的合成工作，亦即仔細操控硒球的生長位置；同時此一新結構的長軸特徵波帶（longitudinal mode surface plasma resonance spectral band; SPRlong）能成功地維持住金奈米圓柱粒子超強的長軸表面電漿共振波帶的吸收強度以及明顯的紅偏移。過去實驗室開發不對稱型金奈米圓柱-硒奈米球和核殼型金奈米圓柱-硒奈米結構，此兩者中硒的生長位置皆選擇性在電化學金奈米

圓柱（AuNR(EC)）粒子的長軸上，本篇論文挑戰合成硒選擇性生長於AuNR(EC)兩端點其中之一，文獻中亦極少出現的棉花棒型結構。為此我們採取的合成策略簡要來說即為「打開與生長」兩階段方式：先將金奈米圓柱粒子的兩端點裸露出，再以仔細的合成條件操控選擇性於其中一端點上生長硒奈米球。在保證此一新型結構的完整性與良好分散性的情況下，金奈米圓柱粒子的SPRlong波帶特性得以維持，同時展現出大約130 nm的光譜紅偏移。在「打開與生長」的合成策略中，首先以降低溫度方式將AuNR(EC)的兩端點裸露於環境，再以仔細調控之反應速率進行表面催化硒生長。結果顯示，於8 ℃下反應展示了83±3%產率的Q-Au

NR-SeNS，顯現降溫之策略可以成功打開AuNR(EC)的兩端點。除此之外，藉由調控硒前驅物濃度，可操控硒奈米球粒徑於30至80 nm範圍。由於所製備之Q-AuNR-SeNS樣品的高產率及良好分散性，藉此我們可以檢測其消光光譜性質。發現Q-AuNR-SeNS結構之SPRlong波帶具有兩個光譜特徵：與原始AuNR(EC)相同之高吸收峰值以及約為130 nm之明顯波帶紅偏移。而在硒選擇性生長於金奈米圓柱長軸上之不對稱型金奈米圓柱-硒奈米球和核殼型金奈米圓柱-硒奈米結構中，兩者的SPRlong波帶均未觀察到如此強的吸收強度。顯示Q-AuNR-SeNS具有維持金奈米圓柱超強SPRlong吸收強度之

特性，並說明硒奈米球的生長位置會影響金奈米圓柱之SPRlong波帶性質，藉此光譜特性可以做為一個可用且快速之合成結構判斷方式。除了成功合成Q-AuNR-SeNS外，我們試圖進一步擴展這一項合成策略，得以展示硒奈米球可同時生長於AuNR(EC)的兩端點。首先採取之策略為降低兩端點的生長速率差異，經過一連串欲藉由加快硒的生長速率以降低於兩端點選擇性的嘗試，終究僅能合成出Q-AuNR-SeNS。因此，為了釐清硒奈米球只選擇性生長於AuNR(EC)兩端點其中之一的原因，針對AuNR(EC)進行TEM的高解析檢測，發現AuNR(EC)兩端點的(100)晶面面積相差16倍，我們認為兩端點的面積差異率太大，

導致兩端點的硒表面催化生長速率相差懸殊，因此硒奈米球只能選擇性生長於其中一端。後續，我們另一個嘗試為鈍化AuNR(EC)側邊表面之反應活性，先於室溫下進行溶膠凝膠法，在AuNR(EC)側邊表面形成異質的不均勻二氧化矽鍍層。AuNR(EC)側邊表面鈍化後，推測其兩端點之生長速率也會有一定程度之變化，再進一步於8 ℃下進行硒生長反應。我們最終展示了46±5%產率的啞鈴型金奈米圓柱-硒奈米球的複合結構（Dumbbell Au nanorod-Se nanosphere; D-AuNR-SeNS）。

啞鈴型金奈米圓柱-硒奈米球複合結構之合成：硒顆粒數操控與大幅度光譜偏移

為了解決q tips棉花棒的問題，作者黃昱甯 這樣論述：

　　本研究主要展示在包含金奈米圓柱（gold nanorod; AuNR）的奈米複合結構中操控硒奈米球之顆粒數與展示其光譜特徵波帶大幅度偏移的現象。為了達成大幅度的光譜偏移，以在每個AuNR兩端成長兩顆硒奈米球而得啞鈴型金奈米圓柱-硒奈米球複合結構（Dumbbell Au nanorod-Se nanosphere; D-AuNR-SeNS; 結構具兩顆硒奈米球）為目標，合成策略是採實驗室新開發的「打開與生長」兩階段合成方式，首先暴露AuNR之兩端，再仔細操控硒的表面催化成長於AuNR的裸露端點而得。我們證實導致D-AuNR-SeNS或Q-AuNR-SeNS（Q-tip AuNR-Se na

nosphere; 棉花棒型金奈米圓柱-硒奈米球複合結構，僅具一顆硒奈米球）的結構成因，除了與硒的表面催化成長速率有絕對的關係之外，金奈米圓柱兩端裸露之(100)晶面面積的差異率亦為其本質上的關鍵因素。　　過去我們嘗試將硒奈米球成長於電化學法製備的AuNR(EC)，但只能獲得Q-AuNR-SeNS，我們懷疑AuNR(EC)兩端(110)晶面面積的差異，是造成兩端長硒速率差異的主因。為了挑戰D-AuNR-SeNS的合成，我們使用化學合成法製備直徑更粗的AuNR(C)，同時提高兩端點SeNS生長速率，使端點間的選擇性差異可被忽略。結果顯示D-AuNR-SeNS產率確實與AuNR直徑呈正相關，且在直

徑16.7 nm的AuNR中，可利用前驅物濃度操控D-AuNR-SeNS產率介於0%至60%之間。除此之外，硒在不同直徑AuNR上也觀測到不同的成長機制，在直徑16.7 nm的AuNR硒會先生長上其中一端點，另一端才開始長出，且過程始終維持著約30 nm粒徑差，最終產物亦可觀察到兩端硒奈米球一大一小的不對稱啞鈴型，產率為60%；直徑26.1 nm的AuNR兩端幾乎無時間差地同時生長硒，且D-AuNR-SeNS產率可達90%，驗證了直徑愈大的AuNR，愈適合用於合成D-AuNR-SeNS。　　一個高產率且具良好粒子分散性的D-AuNR-SeNS系統能展現下列兩項SPRlong光譜特性：維持起始物

AuNR的高吸收強度與極大幅度的特徵波帶紅偏移。相較於Q-AuNR-SeNS僅紅位移130 nm，D-AuNR-SeNS展現了285 nm極大幅度的紅位移且維持高吸收強度；這與之前硒生長於長軸上的複合結構表現出強度弱且波帶極寬的SPRlong有所不同。此外，我們以古典靜電場搭配Mie/Drude理論模擬驗證了此光譜大幅度偏移，同時校正了由兩端點SeNS所貢獻給AuNR的介電環境，得到ϵm=3.3的合理估值。最後，由Q-AuNR-SeNS及D-AuNR-SeNS的位移量證實了SPRlong會隨著SeNS數目增加有更大的紅位移，且金奈米圓柱對其端點周圍的介質改變反應相當敏感。