Designing plasmonic nanohexapods with unique morphology for electrochemical surface-enhanced raman spectroscopy

국문 초록 (Abstract)

국소 표면 플라즈몬 공명과 같은 플라즈모닉 나노입자의 특성이 나노입자의 형태에 의해 크게 영향을 받기 때문에 플라즈모닉 나노입자의 형태 조절은 큰 관심을 받아왔다. 나노입자의 구조를 설계하는 보통의 방법으로는 상향식 또는 하향식 접근법이 있으며, 용액 속에서 나노입자의 구조를 정교하게 조절하기 위해 상향식과 하향식 방법을 통합 적용한 방법은 보고된 바가 적다.
본 연구에서는 상향식 방법인 핵 형성 및 성장 방식과 하향식 방법인 식각 방식을 용액 내에서 차례로 도입하여 독특한 구조의 금-백금 나노헥사포드(Au@Pt Nanohexapods)를 합성하였다. 이러한 방식으로 합성된 금-백금 나노헥사포드는 세 개의 금 나노막대가 중심을 공유하며 서로 수직으로 교차하는 형태를 띄며 각 막대의 양 끝에 얇은 백금층이 형성되어 있다. 백금층은 습식 식각 과정에서 하부의 금 영역을 보호함으로써 나노헥사포드의 형태 발달에 중요한 역할을 하였다. 이러한 금-백금 나노헥사포드는 독특한 구조로 말미암은 플라즈모닉 특성으로 인해 외부 전자기장에 반응하여 백금층 주위에 강한 전자기장을 형성한다. 이를 전기화학적 표면 증강 라만 분광법에 활용하여 일산화탄소의 전기화학적 산화반응을 실시간으로 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구는 전기화학반응을 진동 분광학적으로 분석하기 위해 활용될 수 있는 새로운 나노입자를 제공하는 것을 넘어서, 상향식 방식과 하향식 방식이 체계적으로 융합된 합성법을 제시하여 새로운 기능성 물질의 개발 가능성을 제고한다는 점에서 큰 의의가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Engineering the morphology of plasmonic nanoparticles has been garnered broad interest due to the decisive influence of their morphologies on plasmonic properties, such as localized surface plasmon resonance. Conventional approaches to designing structures of nanoparticles involve either bottom-up or top-down methods. However, integration of both bottom-up and top-down approaches for fabricating intricate nanostructures in a solution environment has been rarely reported. In this thesis, a stepwise synthetic method that combines bottom-up nucleation and growth with top-down etching in a solution is presented. This synthetic strategy results in the formation of Au@Pt nanohexapods which exhibit a Cartesian-coordinate-like hexapod shape selectively decorated with thin Pt masks at the tips. The presence of Pt masks on specific sites of the Au nanoparticles serves a crucial role as an etch mask during top-down wet etching, leading to the generation of the hexapod morphology. The unique morphology of Au@Pt nanohexapods facilitates electric field focusing near their Pt domains where catalytic reactions take place under near-infrared irradiation, enabling the in-situ monitoring of CO electrooxidation through electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ３
• Abstract ７
• Chapter 1. INTRODUCTION ９
• 1.1. Localized Surface Plasmon Resonance ９
• 1.2. Surface-Enhanced Raman Scattering ９
• 1.3. Electrochemical Surface-Enhanced Raman Spectroscopy １０
• 1.4. Anisotropic Nanoparticles １１
• 1.5. Shape Control of Nanoparticles １１
• Chapter 2. Experimental Section １３
• 2.1. Materials １３
• 2.2. Instruments １３
• 2.3. FDTD simulation of Au@Pt Nanohexapods １４
• 2.4. Synthesis of Au Nanocubes １５
• 2.5. Synthesis of Au Concave-Faceted Truncated Octahedrons １６
• 2.6. Synthesis of Au@Pt Truncated Octahedrons １６
• 2.7. Synthesis of Au@Pt Nanohexapods １７
• 2.8. In-situ Monitoring of CO electrooxidation １７
• Chapter 3. Results & Discussion １９
• 3.1. Synthesis of Au@Pt Nanohexapods １９
• 3.1.1. Growth Mechanism of Au Concave-faceted Truncated Octahedrons. ２０
• 3.1.2. Selective Deposition of Pt ２３
• 3.1.3. Selective Etching of Au Domains ２５
• 3.2. Characterization of Au@Pt Nanohexapods ２７
• 3.2.1. Morphology ２８
• 3.2.2. Elemental Composition ３０
• 3.2.3. Crystal Structure ３１
• 3.2.4. Optical Property ３１
• 3.3. Application of Au@Pt Nanohexapods in In-situ Monitoring of CO Electrooxidation ３３
• 3.3.1. Setup for Combining SERS and Electrooxidation of CO ３４
• 3.3.2. In-situ Monitoring of CO Electrooxidation employing Au@Pt Nanohexapods as a SERS Substrate ３５
• Chapter 4. Conclusion ３８
• References ４０
• 논문요약 ４５