1.2 金纳米粒子的简介

1.2.1 金纳米粒子

纳米大约相当于人的一丝头发的万分之一般粗细，是一个物理长度单位，是个很小的数量单位（1 nm=1×10-9 m）。所谓的纳米材料，是指既有纳米尺度（至少一维范围内，物质的粒径在1到100 nm之间）并且具有特殊物理化学性质的材料。当金属进入纳米级别尺度，就会呈现独特的物理化学性质 ，性能上显示出明显的变化。

金属纳米粒子拥有独特的光学性质。金属粒子内的表面等离子共振(SPR)会由于某个特定频率而被激发，导致金属粒子周围的电场极大增强，所产生的增强因子一般可以达到106。一些光谱学技术如表面增强拉曼光谱(SERS)根据金属纳米粒子的这种原理得到了许多的发展和应用。金属材料，特别是贵金属金和银，达到纳米级别的尺度之后，会表现出更加特别多光学性质。光照条件下，金纳米粒子表面会产生表面等离子体共振效应，也会产生很强的光学特性，如光吸收和光散射。

金是化学性质最稳定的元素之一，金单质一种贵金属，但是纳米级的金粒子却具有比金单质要更为特殊的物化性能[2]。金纳米粒子的优良性能在光学、电学、热力学等上都有体现，这些性能可以应用于物理学、化学、医学等领域来进行研究。并且金纳米粒子粒径很小容易和细胞结合，经过一定的改造后可以在生物领域得到应用。并且其毒性也小,已经有资料表明，金纳米粒子在药物、基因诊断等医学领域得到了应用。另外,金纳米粒子还有等离子体共振特性和很高的催化性能,易于修饰改造,已经广泛应用在光学生物传感器和电化学生物传感器上。人们一直以为金纳米颗粒也是金色，但是在 1857 年，Faraday 经过实验得到的金纳米颗粒溶胶显示出了深红色，这给当时的科学研究带来了巨大的震荡。他用了还原法把AuCl4－ 水溶液进行了还原，还原剂是磷[23]。金纳米粒子的表面等离子共振特性也有许多科学家进行探索。在1908 年，Mie 通过求解 Maxwell方程对该特性进行了研究探索[2]。对金纳米颗粒研究至今为止，我们还发现金纳米粒子还具有荧光特性、超分子与分子识别特性等特性[2]。

因为金纳米粒子的这些特殊性质，如表面等离子体共振特性，良好的生物兼容性等，使其在生物传感器、肿瘤细胞的靶向诊断、基因治疗、生物分子组装、生物化学分析、光电催化等领域显示出巨大的潜在应用价值。和非纳米材料相比，纳米微粒的吸收带一般存在“蓝移”现象，即吸收带向短波长方向移动。但是某些情况下，光吸收带会产生“红移”现象，即吸收带向长波长方向移动。这是因为影响吸收带移动的红移因素的影响大于蓝移因素的影响导致的。已有研究发现，金纳米粒子的吸收带会产生红移现象。因为金纳米粒子有这样的特性，金纳米粒子在生物医学中可以做生物标签或生物检测材料使用。此外，负载在载体上的金纳米粒子有很好的CO氧化活性。Kung等人对不同尺寸的Au/TiO2作为催化剂的反应进行了研究，发现氧化反应对纳米粒子尺寸效应最为敏感。金纳米粒子也表现出了催化性能。

1.2.2 金纳米粒子的特性

与块状金相比，金纳米粒子有着很大的不同，它的价带和导带是分开的。我们发现当金粒子尺寸足够小时会产生量子尺寸效应，从而引起金纳米粒子向绝缘体转化并且也会形成不同能级间的驻电子波[18]。如果金纳米粒子将在能级间隔超出一定的范围并且发生单电子跃迁时表现出非常特殊的光学和电子学特性，这在制造传感器、光控开关、晶体管方面，这些性质都有着非常巨大的潜在应用前景。