水压辅助液相脉冲激光烧蚀法调控金纳米颗粒尺寸分布的简易策略

本研究针对液相脉冲激光烧蚀（PLAL）合成金纳米颗粒（Au NPs）时尺寸分布不均的问题，创新性地采用低成本注射器加压（1.25–1.50?atm）结合G型夹具调控水压环境，系统探究了不同激光波长（UV/Green/IR）和能量（250/1500?mJ）对Au NPs生长的影响。通过FESEM和UV-Vis光谱分析发现，加压导致空化气泡尺寸减小，加速Au NPs成核并拓宽尺寸分布，为工业级纳米材料可控合成提供了经济高效的解决方案。

　　

纳米科技领域近年来对贵金属纳米颗粒（NPs）的精确调控需求日益迫切，尤其是金纳米颗粒（Au NPs）因其独特的局域表面等离子体共振（LSPR）效应和生物相容性，在催化、生物传感等领域展现出巨大潜力。然而传统化学合成法易引入杂质，而气相法又难以避免颗粒团聚。液相脉冲激光烧蚀（PLAL）虽能实现清洁制备，却长期受困于产物尺寸不均、产量低下等问题。更棘手的是，现有压力调控技术多依赖昂贵设备（如压力舱、真空系统），严重制约了PLAL技术的工业化应用。

针对这一瓶颈，马来西亚理科大学的研究团队在《Optik》发表了一项突破性研究。该团队设计出仅需注射器和G型夹具的简易加压系统（1.25–1.50?atm），首次系统探究了水压环境与激光参数（波长：270?nm/532?nm/1064?nm；能量：250/1500?mJ）对Au NPs生长的协同影响。通过X射线衍射（XRD）确认产物为面心立方结构，结合场发射扫描电镜（FESEM）发现加压使平均粒径从无压条件下的50?nm增至80?nm，且尺寸分布显著拓宽。紫外-可见光谱（UV-Vis）进一步揭示LSPR峰展宽现象，证实压力通过减小空化气泡尺寸促进快速成核的机制。尤为重要的是，红外激光（1064?nm）在高压下产生最大粒径颗粒，而紫外激光（270?nm）则展现最优的尺寸可控性。

关键技术方法包括：采用Nd-YAG激光器实现多波长（UV/Green/IR）烧蚀，通过注射器-G型夹具系统精确控制水压（1.25–1.50?atm），利用FESEM进行形貌表征，UV-Vis光谱分析光学特性，XRD确定晶体结构。

Au NPs结构分析：XRD图谱显示（111）晶面择优取向，晶格常数与标准卡片（ICSD 01-075-0590）吻合，证实高压未改变晶体结构但影响晶面生长速率。
尺寸分布调控：FESEM统计表明，1500?mJ激光能量下加压样本的粒径分散度（PDI）达0.32，较无压样本（PDI=0.18）显著提高，印证"高压-小气泡-快速成核"理论模型。
光学特性关联：UV-Vis显示532?nm激光制备的NPs在550?nm处出现LSPR峰，加压后半峰宽增加37%，直接关联尺寸分布变化。

这项研究的意义在于：① 开发出迄今最经济的PLAL压力调控方案，设备成本降低90%以上；② 阐明水压与激光参数的协同作用规律，为定向合成提供新策略；③ 发现IR激光在高压下的异常生长现象，对理解等离子体-气泡相互作用机制具有理论价值。该成果不仅推动PLAL技术向工业化迈进，其揭示的"压力-成核动力学"关系更为其他纳米材料可控合成提供了普适性指导。未来研究可进一步探索极端压力（>5?atm）下NPs的自组装行为，以及该技术在肿瘤光热治疗等生物医学领域的应用潜力。