金纳米粒子中光诱导电荷分布检测方案(扫描探针)

扫描探针显微镜 (SPM)/原子力显微镜(AFM) nNNo.S50Newshttp：//www.shimadzu.com.cn用户服务热线电话： 800-810-0439第一版发行行：2020年6月400-650-0439 ApplicationNews 通过 SPM 实现金纳米粒子聚集体的光诱导电荷分布的可视化 No.S50 |前言 金属纳米颗粒与半导体构成的复合材料是典型的非均相光触媒，可实现多种光化学转化。例如，金纳米颗粒(AuNP)和二氧化钛 (TiO2)的复合材料作为光触媒，因具有良好的反应性而被广泛研究。当TiO，吸收与其带隙能量相对应的入射光时，TiO，导带中的激发电子被转移到在其表面固定的 AuNP上，从而阻止了 TiO，内部的电荷复合。电荷分布的可视化对于阐明上述现象具有重要作用。此外，可视化还可用于控制组装结构，这对于利用具有电子转移特性的金属蛋白来构建新型功能性生物装置至关重要。 开尔文探针力显微镜(KPFM)是一种将开尔文法应用于扫描探针显微镜(SPM)的分析方法，不仅可以测量样品的表面形貌，还可以检测其表面电势分布。在本文中，在紫外线照射下进行 KPFM测试，实现了固定有 AuNP 的 TiO，复合材料表面的光诱导电荷分布的可视化。 K. Kuroda，R. Fuji， S. Moriguchi 形成 AuNP 聚集体 对利用生物素-链霉亲和素之间的相互作用形成的 AuNP聚集体和未形成聚集体的物质进行了测试。图1为生物素-链霉亲和素相互作用的示意图。图2(a)和(b)为没有链霉亲和素的情况下和与链霉亲和素相互作用的 SEM图像。由图可知，AuNP由于生物素-链霉亲和素的相互作用而形成组装体。 图1生物素(biotin)-链霉亲和素 (STV)相互作用的示意图 图2固定 AuNP 的 TiO，复合材料的 SEM 图像(a)没有链霉亲和素相互作用 (b)与链霉亲和素相互作用 紫外线照射下的KPFM 测试 在 KPFM测试中，在表征样品表面形貌的同时，还可以检测表面电势分布。如图3所示，为了进行光诱导电荷分布的可视化，分别在未照射紫外线的条件下和在紫外线照射的条件下测试了 TiO，和固定了 AuNP 的表面电势分布。 图3固定了 AuNP 的 TiO2复合材料的表面电势分布测试示意图 使用光辐照单元使得在经由光纤照射样品表面同时测量样品。图4为使用岛津的光辐照单元进行测试时的照片。 除了光纤技术之外，还可使用除光纤之外的其他合适装置对照射样品，同时进行测量。在该测试中，使用朝日分光株式会社的LAXC100 UVB (240至300nm)作为 UV光源。 SPM-9700HT 光辐照单元 光照射样品进行检测时的照片 图4使用光辐照单元进行检测时的图像 是否照射紫外线对固定在TiO，表面的AuNP 表面电势分布的变化 图5所示为未照射紫外线的状态(上行、Dark) 和照射了紫外线的状态(下行、UV)下获得的高度图像(形貌图像)和表面电势分布图像。 图5高度图像(左)和表面电势分布图像(右) (a)链霉亲和素未发生作用时、(b)链霉亲和素发生作用时 与上行(未照射紫外线)相比，可以观察到下行(照射了紫外光线的状态) AuNP 相对于 TiO，的表面相对电势更低。 AuNP 相对于 TiO，的表面相对电势 针对链霉亲和素未发生作用、AuNP在 TiO，上呈孤立分散状态的情况和链霉亲和素发生作用、AuNP 在 TiO，上形成聚集体的情况，测量 AuNP 相对于 TiO，表面的相对电势的结果如图6所示。从中可以看出，后者的相对电势因紫外线的照射而大幅减少。 图6AuNP 相对于 TiO， 表面的相对电势(蓝色)链霉亲和素未发生作用(红色)链霉亲和素发生作用时 “中空”：未照射紫外xg、 “填充”：照射了紫外线各柱是6~7个颗粒测量值的中央值±IQR。在形成了聚集体的AuNP上，由于紫外线照射， AuNP 相对于 TiO，表面的相对电势大幅减少。 总结 在对AuNP 和 TiO，构成的复合材料表面照射紫外线的情况下，通过KPFM 检测表面电势分布，实现了光秀导电荷分布的可视化。 通过使链霉亲和素发生作用，观察到了在TiO，上形成AuNP 聚集体的效果。 与 AuNP 孤立分散的情况相比，在链霉亲和素发生作用使AuNP 在 TiO，上形成聚集体的情况下，通过紫外线照射，AuNP表现出更负的相对电势。这表明 AuNP聚集体有效促进了电荷分离。 ( 资料提供： ) ( 北海道大学研究生院地球环境科学研究院物质功能科学部门 Akira Onod a 教授 ) ( 大阪大学研究生院工学研究科应用化学专业 Takashi Hayashi 教授 ) ( <参考文献> ) ( Hirofumi Harada、A k ira Onoda、 Sh i ho Mo r iguchi 及 Takashi Hayashi， ChemistrySelect 201 6 ， 1 ，5666- 5 670 ) 岛津应用云 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 ( *本资料未经许可不得擅自修改、转载、销售； ) ( *本资料中的所有信息仅供参考，不予任何保证。 ) ( 如有变动，恕不另行通知。 ) 金属纳米颗粒与半导体构成的复合材料是典型的非均相光触媒，可实现多种光化学转化。例如，金纳米颗粒（AuNP）和二氧化钛（TiO2）的复合材料作为光触媒，因具有良好的反应性而被广泛研究。当TiO2吸收与其带隙能量相对应的入射光时，TiO2导带中的激发电子被转移到在其表面固定的AuNP上，从而阻止了TiO2内部的电荷复合。 电荷分布的可视化对于阐明上述现象具有重要作用。此外，可视化还可用于控制组装结构，这对于利用具有电子转移特性的金属蛋白来构建新型功能性生物装置至关重要。开尔文探针力显微镜（KPFM）是一种将开尔文法应用于扫描探针显微镜（SPM）的分析方法，不仅可以测量样品的表面形貌，还可以检测其表面电势分布。在本文中，在紫外线照射下进行KPFM测试，实现了固定有AuNP的TiO2复合材料表面的光诱导电荷分布的可视化。