含时轨道自由密度函数方法(TD-OFDFT)研究量子尺寸金属纳米粒子的局域表面等离子体共振

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基本信息

  • 批准号:
    51601187
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0110.金属生物与仿生材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The localized surface plasmon resonances (LSPRs) are electromagnetic modes of metal nanoparticles, associated with the collective oscillations of the free electrons on metal particles surfaces. Under resonant excitation, metal nanoparticles present a variety of light–matter interactions, leading to novel applications in many important fields. Although the plasmon resonances of nanoparticles with diameters exceeding 10 nm (classical size) have been well characterized, LSPRs of nanoparticles below this size (quantum size) are poorly understood. That is because in quantum size regime, plasmon resonances become more sensitive to the quantum nature of the conduction electrons, resulting in an extremely challenging in both experimental and theoretical investigations. In theory, the quantum size, especially 2nm–10nm, is too small for classical electromagnetic theories to be valid but too large for full-fledged quantum simulations to be feasible. In this proposal, first we will use the developed time-dependent orbital-free density functional theory (TD-OFDFT), which has been proved to retain the high accuracy at a fraction of its computational cost, to study the LSPRs properties of quantum-size sodium single and coupled nanoparticles. Based on these studies, we want to build the relationship between the intrinsic factors of shape, size, the arrangement of particles and the distance between particles, and LSPRs properties, in order to provide the important theoretical basis for experiments. Second, we will develop the noble metal Ag available TD-OFDFT, applying this method to study the actual LSPRs system.
局域表面等离子体共振(LSPRs)是金属纳米粒子特有的电磁模式,源于导电电子在金属表面的集体振荡。处于共振激发时金属纳米粒子表现出许多有趣的光-物质相互作用,使其应用于众多重要领域。尽管经典尺寸(直径大于10纳米)纳米粒子的LSPRs性质已被充分地研究,然而当纳米粒子进入量子尺寸(直径小于10纳米)LSPRs对导电电子的量子性质变得非常敏感,致使实验和理论上面临极大的挑战。理论上经典理论不能描述量子效应;而全量子理论由于计算量太大又不能计算大尺寸体系(2-10纳米)。在本课题中,我们首先将采用适用于金属钠的赝势含时轨道自由密度函数方法(Na-TD-OFDFT,已被证明计算成本低且高精度)研究量子尺寸钠纳米单粒子和多聚体的LSPRs性质。建立纳米粒子形状、尺寸、粒子间的排列方式和距离与LSPRs性质之间的关系,为实验研究提供理论依据。其次,我们将发展适用于金属银的赝势TD-OFDFT方法。

结项摘要

我们采用赝势含时轨道自由密度函数方法,系统地研究了纳米粒子的形状与粒径以及排列方式对量子尺寸金属纳米粒子局域表面等离子体共振(LSPRs)的响应模式、能量和峰宽的影响规律。揭示了纳米粒子的LSPRs纵向响应模式的能量与粒子的长径比呈线性关系,峰宽与长径比和粒径大小成反比;横向响应的高阶模式随长径比的增大而增强。阐明了相对于外场纳米粒子的排列方式只影响LSPRs纵向和横向响应模式的吸收强度,而不会影响响应波长。基于我们的研究结果,可通过调整纳米粒子的长径比和排列方式来实现金属纳米材料吸收波长的调控,以及金属纳米棒在纵向和横向响应模式之间的切换。此外结合我们的理论研究,与实验课题组开展了金属纳米粒子的光学性质研究以及它在催化领域的应用。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
In Situ Self-Assembly of Ultrastable Gold Nanoparticles on Polyvinyl Alcohol Nanofibrous Mats for Use as Highly Reusable Catalysts
聚乙烯醇纳米纤维垫上超稳定金纳米粒子的原位自组装,用作高度可重复使用的催化剂
  • DOI:
    10.1021/acsomega.9b03436
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    ACS Omega
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Lin Xu;Hongping Xiang;Zhengjian Chen;Xu Zhang
  • 通讯作者:
    Xu Zhang
Quantum Plasmonics in Nanorods: A Time-Dependent Orbital-Free Density Functional Theory Study with Thousands of Atoms
纳米棒中的量子等离子体:数千个原子的瞬态无轨道密度泛函理论研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.9b10510
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    The Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hongping Xiang;Zhilue Wang;Lin Xu;Xu Zhang;Gang Lu
  • 通讯作者:
    Gang Lu
Simulated electron diffraction patterns of ω-Fe in Fe-C martensite
Fe-C马氏体中α-Fe的模拟电子衍射图
  • DOI:
    10.1063/1.5065432
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    D. H. Ping;H. P. Xiang
  • 通讯作者:
    H. P. Xiang

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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