Фемтосекундная спектроскопия фотовозбужденных наночастиц золота в коллоидных растворах и мезопористых пленках TiO2

• Автор: Костров, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Общее представление о плазменном резонансе

1.2 Диэлектрическая проницаемость металлических наночастиц

1.3 Фемтосекундная динамика электронов в металлических

наночастицах

1.4 Теория дифференциальных спектров поглощения наночастиц золота

1.5 Двухтемпературная модель электронной релаксации

1.6 Эффект поверхностно-усиленной римановской спектроскопии

(SERS)
1.7 Эффект переноса электрона на границе фаз металл-диэлектрик...33 Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Приготовление экспериментальных образцов
2.2.1 Приготовление коллоида золотых наночастиц в CHCI3
2.2.2 Приготовление ТЮг мезопористых пленок
Глава 3. Возбуждение когерентных колебательных волновых пакетов в коллоиде золотых наночастиц в хлороформе фемтосекундными импульсами
3.1 Исследование дифференциальных спектров поглощения Au коллоида в хлороформе
3.2 Фурье анализ осцилляций в кривых BI(t) и AA(A.,t) для хлороформа и для Au коллоида в хлороформе
3.3 Обсуждение результатов
Глава 4. Релаксационные процессы в фотовозбуждеиных наночастицах золота в водном коллоиде и в мезопористых пленках ТЮг

Глава 5. Перенос электронов в системе на основе мезопористой пленки
диоксида титана с фотодепонированными на нее наночастицами
золота
Глава 6. Концентрационно-температурная модель релаксации
фотовозбужденных наночастиц золота
6.1 Температурная модель
6.2 Концентрационная модель
6.3 Зависимость сдвига пика поглощения системы Аи/П02 от
изменения диэлектрической проницаемости матрицы (ТЮ2)
6.4 Моделирование дифференциального спектра релаксации
фотовозбужденных частиц золота
Заключение
Список литературы

Введение
Наночастицы металлов обладают уникальными оптическими и нелинейно-оптическими свойствами, обусловленными плазмонным резонансом, связанным с коллективными колебаниями электронов проводимости относительно кристаллической решетки. Такие металлы как Аи, Ад, Си, А1 обладают выраженными полосами плазмонного резонанса от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона. Для металлических наночастиц характерна локализация и усиление оптических полей в модах ближнего поля. Эти особенности обуславливают интересную сложную физику, которая является фундаментальной основой для многочисленных приложений. Особый интерес в этом ряду представляет золото в силу своей химической устойчивости. Золотые наночастицы и композиционные материалы с их использованием проявляют
перспективные оптические свойства, такие как эффект усиления комбинационного рассеяния, фотолюминесценции в видимой области спектра, эффект обратимого фотохромизма, усиления фотокаталитического эффекта и т.п., что открывает широкий диапазон возможных применений от биосенсоров и составов для гипертермии и визуализации раковых клеток до разработки оптических систем обработки и хранения информации. Поэтому актуальным является исследование влияния окружающей среды на релаксационные процессы в золотых наночастицах, связанного с возбуждением локализованного плазмона поляритона.
Развитие фемтосекундной лазерной техники сделало возможным изучение поведения электронов в металлических наночастицах в фемтосекундной шкале времен, т.е. во временном диапазоне, характерном для релаксационных процессов, связанных с возбуждением плазмонного резонанса. Работы в этой области были в основном направлены на исследование релаксации плазмонов в металле и/или в наночастице металла.

фотовольтаической ячейки низкой стоимости. Они предположили, что инжекция электронов в ТЮг происходит путем баллистического переноса через золотую пленку [81,82]. Н. X. Li et al синтезировали высокоактивные мезопористые Au/Ti02 композиты и получили значительное увеличение фотокаталитической активности при облучении системы ультрафиолетовым светом [83].
Изучение механизмов плазмон-возбужденного переноса зарядов в системе Аи/ТЮ2 является многообещающей темой с практическим применением в области фотокатализа и фотоэлектрохимических превращений. Несмотря на то, что в тот момент уже существовало несколько работ, посвященных переносу электрона в TiCb/Au системе [81, 83], механизмы электронного переноса еще не были изучены достаточно хорошо. Так, в работе [84] наблюдались анодные фототоки при облучении видимым светом пленок диоксида титана с нанесенными на них наночастицами золота и серебра, однако стабильность металлов оставалась неизвестной. Кроме того, они были вынуждены приложить большое напряжение смещения, из-за чего к системе не получилось добавить подходящего донора электронов.
В 2004 году была опубликована работа Y. Tian and Т. Tatsuma, в которой была получена стабильная система, включающая дополнительный донор электронов, и демонстрирующая полное соответствие между спектром поглощения плазмонного резонанса металлических наночастиц и измеренными фототоком и фотопотенциалом системы, полученными без дополнительных напряжений смещения. Также в работе был представлен механизм, по которому разделение заряда осуществлялось путем переноса электрона от возбужденных золотых частиц к диоксиду титана [84] (рис. 9).
Видимый свет генерирует фотовозбужденное состояние в золотых наночастицах, основанное на поверхностном плазмонном резонансе. Затем фотовозбужденные электроны инжектируются в объем ТЮ2. Одновременно с этим фотовозбужденная частица берет электроны от донора в растворе.