典型“金属纳米粒子-分子”体系表面增强荧光光谱及动力学性质的理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21873004
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    66.0万
  • 负责人：
    周勇
  • 依托单位：
    安徽师范大学
  • 学科分类：
    B0304.化学动力学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Electromagnetic coupling between metallic nanoparticle and adjacent molecules, due to the electric field-enhancing effect of surface plasmon, leads to optical phenomena such as surface-enhanced absorption and radiation with wide applications in biochemical sensing, phoelectron device and solar energy harvesting. A comprehensive and in-depth theoretical study on the photo-response properties of metallic nanoparticle-molecule systems is of crucial scientific and practical significance. In this project, taking several typical surface-enhanced fluorescence systems as example, we will construct multi-scale and multi-physics theoretical model with metal-molecule and inter-molecule coupling taken into account, solve the resulting coupled Maxwell-Lorentz-Liouville equations using the finite element method, and obtain the absorption and emission spectrum; study the electron excitation dynamics and energy transfer between metal and molecules, clarifying the underlying correlation between dynamical and spectral properties of system; uncover the influence of metal, molecule properties and the electromagnetic coupling on photo-response properties of system, laying foundations for development of highly sensible molecule detection technique, design of novel optoelectronic devices, improvement of solar energy harvesting efficiency etc.
由于表面等离激元的增强电场效应，金属纳米粒子与邻近分子间可发生强烈的电磁耦合，由此导致的表面增强吸收、辐射等光学现象在生化传感器、光电子器件、太阳能利用等领域具有非常广泛的应用，因此对金属纳米粒子-分子体系的光响应性质进行全面深入的理论模拟研究具有重要的科学和实际意义。本项目拟以几个典型的表面等离激元增强荧光体系为例，在同时考虑分子-金属间及分子间电磁耦合相互作用的前提下建立多尺度、多物理的理论模型，通过对Maxwell-Lorentz-Liouville耦合方程进行有限元数值求解，模拟体系的吸收和发射光谱，考察分子的电子跃迁动力学过程和金属-分子间的能量转移过程，阐明体系动力学性质与光谱学性质之间的内在联系；揭示金属、分子性质及金属-分子间电磁耦合作用对体系光响应性质的影响，为高灵敏分子探测技术的发展、新颖光电子器件的设计、太阳能利用效率的提升等奠定理论基础。

结项摘要

金属纳米粒子的电子运动和外加光场相互激励所产生的共谐振荡现象，称为“表面等离激元”。通过激发金属纳米粒子的表面等离激元，可突破光的衍射极限，将光能汇聚在粒子周围的亚波长范围内，形成显著增强的局域近电场。通过改变金属纳米粒子的几何形貌、尺寸、材质等，可实现对其表面等离激元性质的定制。伴随着表面等离激元实验和应用研究的飞速发展，对表面等离激元现象底层物理机制进行深入的理论研究就显得愈发重要。.本项目围绕原计划的核心科学问题，应用和发展了一系列的理论模拟方法，研究了各种几何形貌、尺寸、材质纳米粒子的表面等离激元近场光谱的空间分布、远场光谱的能量分解等，考察了表面等离激元近场增强所导致的纳米粒子间电磁耦合对表面等离激元光谱性质的影响，并将金属纳米粒子及其阵列分别应用于H2+D2的光催化分解反应和R6G分子的 SERS 光谱，基于理论模拟设计了一组新的过渡金属光学材料。.截至目前为止，本项目基本完成了原定研究目标，项目负责人取得了一系列的研究成果。在本项目执行期间，已在国内外主流学术期刊（如 Phys. Chem. Chem. Phys.、J. Phys. Chem. A、App. Surf. Sci.、J. Mat. Chem. C等）上发表论文7篇。项目执行期间，项目主持人周勇获得安徽省教育厅“青年皖江学者”项目资助，培养了硕士研究生4名，指导在读硕士研究生2名。相关研究成果对加深人们对表面等离激元等所涉及光与物质相互作用过程的底层物理机制理解起到了一定的积极作用，在新型光学材料的设计和实现方面取得了一定的进展。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Application scope of multipole method for decomposition of plasmonic spectrum
等离激元谱分解多极法的应用范围
  • DOI：
    10.1016/j.rinp.2022.105742
  • 发表时间：
    2022-08-01
  • 期刊：
    RESULTS IN PHYSICS
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    Zhou, Yong;Meng, Yujie;Li, Kuanguo
  • 通讯作者：
    Li, Kuanguo
Modes conversion due to plasmons induced transparency
由于等离激元引起的透明度而发生模式转换
  • DOI：
    10.1016/j.physleta.2019.02.003
  • 发表时间：
    2019-04
  • 期刊：
    Physics Letters A
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Wanxia Huang;Chaogang Li;Maosheng Wang;Yong Zhou;Cunyuan Zhu;Kuanguo Li;Xinyan Yang;Fabao Zhang
  • 通讯作者：
    Fabao Zhang
Quantitative Insights into a Plasmonic Ruler Equation from the Perspective of Enhanced Near Field
从增强近场的角度定量洞察等离激元标尺方程
  • DOI：
    10.1021/acs.jpca.2c07702
  • 发表时间：
    2022-12-26
  • 期刊：
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Zhou，Yong;Zhu，Jiahui;Huang，Wanxia
  • 通讯作者：
    Huang，Wanxia
Quantitative insights into non-uniform plasmonic hotspots due to symmetry breaking induced by oblique incidence
对倾斜入射引起的对称性破缺导致的不均匀等离子体热点的定量见解
  • DOI：
    10.1039/d0cp03470c
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Yong Zhou;Hongliang Li;Guanhua Zhang;Dong Wei;Lan Zhang;Yujie Meng;Xianfeng Zheng;Zhibo Ma;Jie Zeng;Xuemin Yang
  • 通讯作者：
    Xuemin Yang
An Apparatus for Investigating the Kinetics of Plasmonic Catalysis
研究等离子体催化动力学的装置
  • DOI：
    10.1063/1674-0068/cjcp2211160
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Chinese Journal of Chemical Physics
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    Wen Zhang;Yong Zhou;Wei Chen;Tianjun Wang;Zhaoxian Qin;Gao Li;Zefeng Ren;Xueming Yang;Chuanyao Zhou
  • 通讯作者：
    Chuanyao Zhou

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其他文献

水稻粒宽基因 GS5的功能标记开发和单倍型鉴定
  • DOI：
    10.16819/j.1001-7216.2016.6038
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    顾铭洪
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张立;王帮峰;周勇;ZHANG Li1,WANG Bangfeng1,ZHOU Yong2 (1.Aeronautica;2.Jiangsu Technology;Engineering Center for Me
  • 通讯作者：
    Engineering Center for Me
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    渠桂荣
半钹形压电合成射流驱动器及其特征参数研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    周勇
基于认知过程的核电厂操纵员诊断任务分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周勇;张力
  • 通讯作者：
    张力

其他文献

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周勇的其他基金

基于机器学习和经典电动力学研究中等尺寸金属纳米粒子的量子表面等离激元
  • 批准号：
    22373002
  • 批准年份：
    2023
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    面上项目
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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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