背景介绍：
贵金属（如金和银等）纳米晶因其具有表面等离子体共振性质，在表面增强拉曼光谱（SERS）、高灵敏度传感和光催化等多个领域具有重要应用价值。
若在贵金属纳米晶的表面构筑亚尺度的粗糙结构，则能在单个纳米晶的表面形成显著的耦合效应，从而产生特殊的表面等离子体共振性质
。这相比利用金/银纳米颗粒的组装或团聚增强表面等离子体共振效应的方法，无疑更加高效。
岛状生长（island growth）
是在纳米颗粒表面形成粗糙结构的常用方法，一般是利用岛状相和基底较大的晶格失配度来实现的。这一认知不仅在基于化学气相沉积等方法的薄膜生长研究中被广泛接受，也在纳米晶的生长等诸多探索中得到了很好的认同。以金纳米晶为例，如果在其表面生长具有较大晶格常数差异的铂，一般可以得到岛状的粗糙表面；而在其表面沉积金或具有相似晶格常数的银等，则只能以层状生长（layer-by-layer growth）的方式进行，形成表面光滑的纳米晶。
图1.
表面沉积有亚尺度金岛的金纳米片及其SERS应用的演示图。图片来源：Chem
论文解析：
最近，由加州大学河滨分校殷亚东教授领导的科研团队在一项最新的研究中（Chem, 2017, 3, 679-690; DOI:
10.1016/j.chempr.2017.08.004
）颠覆了大家对于纳米晶生长方式的传统认知，
在单一金属体系中实现了岛状晶体生长模式
，在金纳米晶上制备出此前几乎无法想象的表面密布金岛（
gold islands
）的纳米结构（图
1
）。研究发现，
金纳米晶的生长模式实际上取决于金原子的沉积速率和纳米晶表面配体的吸附强度；当以具有较强吸附能力的
PVP
（聚乙烯吡咯烷酮）为配体，在金原子快速沉积的条件下，成功地在金纳米片上实现了岛状生长。当金原子的沉积速率逐渐降低时，金纳米片的生长从岛状生长模式逐步过渡至层状生长模式（图
2
）。
这一规律也在金纳米棒的生长中得到了进一步的验证。
图
2.
金原子沉积速率对金纳米片（
A
）生长模式影响。从左到右（
B-E
）反应速率递减，金纳米片生长由岛状生长模式逐渐过渡至层状生长模式。图片来源：
Chem
金纳米晶的岛状生长本质上是由金原子的沉积速率大于其在纳米片表面的扩散速率造成的。
因此，晶体生长模式的转变不仅可以通过
控制反应速率
来实现，通过
改变纳米片的表面配体
也同样可行。研究发现，若以
CTAB
（十六烷基三甲基溴化铵）替代
PVP
作为金纳米晶的配体，在同样的金原子沉积速率下也可观察到金纳米片由岛状生长模式向层状生长模式的转变。
有趣的是，在岛状生长后金纳米片
仍保持了单晶结构
，说明这一生长过程为外延生长。论文随后的表面等离子共振数值模拟和
SERS
结果显示，金岛结构的形成对表面吸附分子的
SERS
信号有显著增强效应。与光滑的金纳米片相比，
SERS
信号的增强因子提高约一个数量级（图
3
）
图
3
：
单颗粒
SERS
测试。左图显示金岛的大小与
SERS
信号强度成正相关；右图显示为确证单颗粒
SERS
测试所记录的金纳米片的
SEM
和光学显微镜下的图像。注：单颗粒光滑纳米片无法在光学显微镜下得到清晰的分辨，所收集的
SERS
信号来源于激光照射区域（约
1 µm
）内的大约
10
个纳米片。图片来源：
Chem
小结：
这一研究不仅揭示了在单一金属体系中岛状纳米结构生长的机理，还阐明了这种特殊生长模式的关键控制因素，实现了不同生长模式之间的相互转化，从而打破了人们在纳米晶生长方面的传统认知。这一发现不仅对于具有不同形貌的金纳米晶的生长具有普适性，原则上也可以推广至其他的纳米金属体系，对复杂纳米结构的合成和应用具有重要的意义。
这一项研究在加州大学河滨分校、北海道大学、理化学研究所和西安交通大学三国四地间展开，第一作者是由日本学术振兴会（
JSPS
）资助前往加州大学进行合作研究的王国庆博士。通讯作者是加州大学河滨分校的殷亚东教授和西安交通大学的高传博教授。
Chem相关内容链接：
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