獲獎項目簡介
2021年CAIA獎二等獎：納米三氧化鉬表面等離子體特性的調(diào)控及環(huán)境分析應(yīng)用研究
完成單位：西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院
完成人：何毅、于海利、黃偉
成果簡介：近年來，基于貴金屬（金銀）納米材料局域表面等離子體共振特性的環(huán)境分析方法得到了廣泛研究，但存在明顯不足：1）貴金屬納米材料具有較大的表面等離子體共振損耗，難以調(diào)控；2）形成的納米團聚物是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，影響分析方法的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性；3）貴金屬價格較高，使其開發(fā)的環(huán)境分析方法的成本較高，不利于大面積推廣。因此，亟需發(fā)展低成本、性能優(yōu)良的表面等離子納米探針，用于環(huán)境分析。
為了克服傳統(tǒng)貴金屬納米材料的不足之處，本項目開展了納米氧化鉬局域表面等離子共振特性的調(diào)控及環(huán)境分析應(yīng)用研究工作。制備了具有局域表面等離子共振特性的氧化鉬納米材料，實現(xiàn)了局域表面等離子共振效應(yīng)的可逆調(diào)控，并闡明了表面載流子密度是決定其表面等離子特性的關(guān)鍵因素，為實現(xiàn)寬帶隙半導(dǎo)體氧化物的性能調(diào)控指明了方向。同時將具有表面等離子特性的氧化鉬納米材料作為比色探針，用于環(huán)境分析方法的構(gòu)建，實現(xiàn)了H2O2、Sn2+ 、NO2- 、Ag+、Cu2+、SO2、總磷等重要環(huán)境分析物的比色可視化檢測；設(shè)計與實現(xiàn)了多種邏輯計算，可望用于智能環(huán)境分析。以上工作具有較好的科學(xué)價值與現(xiàn)實意義，可望推動新型表面等離子材料的合成與應(yīng)用，也將為重要環(huán)境分析物的現(xiàn)場快速檢測提供重要的技術(shù)支撐。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：
i）創(chuàng)新點
① 發(fā)展了溫和、易操作的制備方法，制備了一系列具有不同表面等離子特性的聚多巴胺包覆的MoO3-x納米片，實現(xiàn)了其表面等離子特性從紫外-近紅外波段的全覆蓋；突破了中等規(guī)模化制備HxMoO3與表面無配體的H0.34MoO3的合成技術(shù)。
② 借助三氧化鉬表面等離子特性可逆變化的特征，設(shè)計并建立了一系列比色環(huán)境分析新方法，實現(xiàn)了對Sn2+、 NO2-、Ag+、SO2、HSO3-等環(huán)境分析物的比色可視化檢測。
ii）科學(xué)價值
① 闡明了氧空位是MoO3納米片能產(chǎn)生表面等離子特性的重要途徑之一，揭示氧空位能夠在二維納米材料可逆形成，證實了氧空位能夠通過聚合物包覆的形成加以穩(wěn)定。為了氧空位控制的其它物理化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，提供了新的認識。
② 揭示了通過化學(xué)途徑能有效利用調(diào)控三氧化鉬物表面等離子特性，建立相關(guān)環(huán)境分析物的比色可視化檢測方法。進一步擴寬了三氧化鉬的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富了現(xiàn)場環(huán)境分析方法的種類。
社會經(jīng)濟效益：本項目發(fā)展的環(huán)境分析新方法為大面積環(huán)境監(jiān)測的布點奠定了良好的基礎(chǔ)；將為環(huán)境污染監(jiān)測、評價與治理提供重要的技術(shù)支撐，具有良好的社會效益。
應(yīng)用前景：本項目發(fā)展的環(huán)境分析新方法在養(yǎng)殖業(yè)水質(zhì)監(jiān)測、排污監(jiān)控、空氣質(zhì)量評價等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
