基于表面等离激元催化反应现场构建分子结及谱学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21473118
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    88.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0201.基础理论与表征方法
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The construction of the molecular device model and the development of characterization technique with high sensitivity have attracted considerable attention in the field of molecular electronic device. This project will attempt to develop the advantages of metal-molecule-metal and the surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). By establishing the platform combined with the SERS detection and the molecular electronic measurements under the mechanically controllable break junction (MCBJ) control, the in situ construction and characterization of molecular junction will be investigated based on the plasmon induced catalysis as well as the exploration of the reaction mechanisms. The metal gap distance will be controlled by MCBJ technique for the formation of molecular through the link of the molecule produced by the plasmon catalyzed coupling reaction of two molecules attached the two sides of the metal gap. By controlling the amounts of molecule located in the gap, the conductance will be measured and made a statistics to obtain the single molecular conductance and the dynamics of single molecular catalysis reaction. By assisted with the huge ―hot spot effect in the metal gap, SERS was employed to investigate the molecular structure, reaction dynamics in the metal gap. The electric measurements will be associated with the in situ SERS detection. It will be beneficial to provide the experimental basis for the development of novel method in the construction of molecular junction based on plasmon induced catalysis, and SERS will be considered as one of powerful tolls for charactering the nature of the molecular junction. Finally, SERS combined with the molecular junction will be developed as a tool for exploring the mechanisms of plasmon induced catalysis with high spatial resolution and sensitivity.
分子器件模型构建及高灵敏度表征技术一直是分子电子学的研究热点。本项目结合分子电子学中金属-分子-金属模型异质结的优势以及SERS 光谱高灵敏度的特点, 通过构建基于机械可控裂结(MCBJ)技术的分子电子学测试以及SERS 检测的联用平台,开展基于等离激元催化偶联反应现场构筑分子结及等离激元诱导催化反应机理的研究。利用MCBJ 技术调控纳米金属间隙并采用等离激元诱导催化反应偶合两端分子形成分子结,开展电导的动态测量和统计,实现间隙内少数分子催化偶联反应过程的研究;借助间隙巨大的"热点"效应,采用SERS 光谱研究分子结内分子的微观结构,反应动力学等信息,并关联电学测量与SERS 测量结果,解析表面等离激元诱导催化反应机理,发展基于表面等离激元催化反应的现场构筑分子结的新方法,拓展SERS 技术成为分子电子学的高灵敏度表征工具。

结项摘要

本项目主要开展了金属-分子-金属(半导体)分子结的构筑、表征以及限域内电化学及等离激元催化反应机理的研究,深入探索了金属或金属-半导体纳米材料间隙内的 SERS 增强效应及限域内表面等离激元催化反应的性能。发展了通过有机偶联反应现场合成技术构筑了具有聚合物包裹层的金属-分子-金属分子结的新方法,通过SERS定位技术获得单个金属-分子-金属分子结的SERS光谱以及限域内少数分子的催化反应行为,表明限域内具备巨大的SERS增强效应及较常规粒子更强的SPR催化性能。修饰金纳米粒子单层膜构筑了金属-分子-金属分子结的二维阵列,利用动态技术调控了金纳米粒子间距,考察了纳米间隙限域内分子化学反应与间隙宽度及激发光之间的关系,优化和提升了限域内催化反应活性。通过引入半导体材料,构筑金属-分子-半导体(ZnO或TiO2)分子结,通过SPR及电化学调控,获得了Au/ZnO界面上增强的SPR反应,引入TiO2纳米粒子实现了电化学控制下SPR催化吡啶生成联吡啶的C-C偶联反应。发展了电化学-SPR联合催化有机物在金属纳米限域内的脱羧基和脱羟基反应,测定了不同电位和激光功率下的脱羧反应动力学参数,考察了同分异构体的脱羟基行为及效率与电化学和SPR的关系,为研究电场调控下限域内分子反应提供了新思路。构筑了单晶Au基底-分子-单晶Au片的分子结,通过调控外源纳米粒子SERS效应研究限域内分子的结构,为将分子结接入宏观电路测量电学行为提供了实验基础。通过以上研究发展了多种构筑异质分子结的新技术,更深入探索了纳米限域内SERS的复杂增强机理,关联分子结限域内的化学反应与分子结材料及外场效应(电学及光学效应)的关系,为限域化学反应的研究提供了简捷的研究模型,有望将SERS技术发展成为高度限域痕量化学反应以及金属异质分子结结构的高灵敏度研究工具。项目执行期间发表有标注的期刊论文24 篇;授权专利4件;应邀在国际学术会议上作邀请报告4 次,国内会议邀请报告4次,已毕业培养博士生2 名,硕士研究生12名。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Liquid magnetic competitive immunoassay of clenbuterol based on surface-enhanced Raman spectroscopy
基于表面增强拉曼光谱的克伦特罗液磁竞争免疫分析
  • DOI:
    10.1002/jrs.5216
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Raman Spectroscopy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Wei Chao;Zhang Chenjie;Xu Minmin;Yuan Yaxian;Yao Jianlin
  • 通讯作者:
    Yao Jianlin
Fabrication and surface enhanced Raman spectroscopy of single Au@SiO2 dimers linked by benzenedithiol
由苯二硫醇连接的单一 Au@SiO2 二聚体的制备和表面增强拉曼光谱
  • DOI:
    10.1002/jrs.4845
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    Journal of Raman Spectroscopy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Guo Qinghua;Xu Minmin;Yuan Yaxian;Gu Renao;Yao Jianlin
  • 通讯作者:
    Yao Jianlin
Controlling dynamic SERS hot spots on a monolayer film of Fe3O4@Au nanoparticles by a magnetic field
通过磁场控制 Fe3O4@Au 纳米颗粒单层薄膜上的动态 SERS 热点
  • DOI:
    10.1016/j.saa.2015.07.092
  • 发表时间:
    2016-01-05
  • 期刊:
    SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Guo, Qing-Hua;Zhang, Chen-Jie;Yao, Jian-Lin
  • 通讯作者:
    Yao, Jian-Lin
Insights into the heterogeneous distribution of SERS effect in plasmonic hot spots between Au@SiO2 monolayer film and gold single crystal plates
深入了解Au@SiO2单层薄膜与金单晶板之间等离激元热点中SERS效应的异质分布
  • DOI:
    10.1039/c7ra09616j
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wei Chao;Zhang Chenjie;Zhang Jing;Xu Minmin;Yuan Yaxian;Yao Jianlin;Yao JL
  • 通讯作者:
    Yao JL
Surface-enhanced Raman spectroscopic identification in fingerprints based on adhesive Au nanofilm.
基于粘性金纳米膜的指纹表面增强拉曼光谱识别
  • DOI:
    10.1039/c8ra03808b
  • 发表时间:
    2018-07-02
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Lin, Jieru;Zhang, Chenjie;Xu, Minmin;Yuan, Yaxian;Yao, Jianlin
  • 通讯作者:
    Yao, Jianlin

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    姚建林

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AI项目解读示例

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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