氧化钼纳米结构可控制备及其表面等离子体共振特性研究

摘要

局域表面等离子体共振(LSPR)是纳米材料表面的电荷在入射光的交变电场的驱动下产生的集体共振，并为纳米材料带来近场增强效应。这种新奇的光电性能被广泛应用光电器件、生物、化学、医疗等领域。材料的表面等离子体共振特性主要由其载流子浓度决定，目前研究较为深入的表面等离子体共振材料多为贵金属和重掺杂半导体，由于载流子浓度的不同，他们的共振区间分别在可见光、红外光波段，然而由于固有缺陷和成本问题，这些材料很难在近红外区域，即生物窗口(700-1200 nm)产生强烈的等离子体共振，因而限制了其表面等离子体共振特性在生物领域的应用。
　　本论文采用液相激光烧蚀与溶剂热合成相结合的方法制备了MoO2纳米棒、MoO3纳米片等多种氧化钼纳米结构，有效调控了氧化钼纳米结构的形貌、微观结构、晶体结构、成分及价态，阐明了各氧化钼纳米结构之间的转变规律，提出了乙醇以及双氧水高温分解产生的氧气与激光之间的相互作用对于氧化钼中钼离子均有还原作用，从而导致了低价态的Mo4+的产生;而亚稳的MoO2.68纳米球随着烧蚀时间的延长逐渐堆积成氧化钼方块，且已填充的氧化钼方块逐渐生长出片层状的正交相MoO3纳米结构，当烧蚀时间进一步延长，所有堆积的氧化钼立方块都转变为了层层堆叠的纳米片，即亚稳的MoO2.68纳米球通过堆叠组合的方式转变成了高结晶性的正交相MoO3纳米片。
　　通过实验观察到了合成的MoO2纳米结构具有局域表面等离子体共振特性，并结合模拟计算证实了MoO2纳米结构确实在近红外区域具有非常明显的LSPR特征吸收峰，峰位在800 nm附近。同时我们首次发现MoO2纳米结构的LSPR峰位对环境介质和其微观形貌具有明显的依赖关系，随着环境介质介电常数增加，MoO2纳米棒的LSPR峰位产生800-1010nm的红移;随着长宽比减小，MoO2纳米结构的LSPR峰位也产生了红移，这些变化趋势与理论计算结果相吻合。环境介质和其微观形貌对MoO2纳米结构LSPR特性的影响规律，对于调控MoO2纳米结构LSPR特性及优化LSPR性能具有非常重要的意义。且MoO2纳米结构的LSPR峰位刚好与生物窗口相匹配，实验研究结果为其在生物领域的应用提供了很好的理论基础。
　　探究了MoO2纳米颗粒作为一种光热治疗癌细胞药剂的光热升温性能、生物相容性、光热杀死癌细胞的能力以及在生物体中的肿瘤抑制效果。研究结果表明MoO2具有优异的光热升温性能，激光辐照5分钟升温可达37.5℃。同时MoO2纳米颗粒具有优异的光热稳定性和生物相容性，其光热升温效应可以有效杀死癌细胞，且MoO2的光热治疗可以有效抑制小鼠肿瘤的生，最高抑制率达到80.45％。这些研究有力地证明MoO2纳米颗粒确实是一种非常优秀的光热治疗癌症的纳米药剂，MoO2的这一出色的治疗效果，为寻找稳定、有效、廉价的光热试剂提供了新的思路，对于光热治疗的研究具有重要意义。