表面等离激元（surface plasmon）是一种光与物质相互作用的特殊现象，已发展成一个新兴的学科：等离激元光子学。手性等离激元是手性科学与等离激元光子学的交叉研究方向，创造了众多超越传统光学材料性质的新颖材料——等离激元手性超材料（plasmonic metamaterials）。等离激元手性超材料在提高化学传感灵敏度和品质因子方面具有重要的研究意义。其中，探索具有手性特性和传感能力的手性超材料合成方法对于构建丰富传感体系，并深入了解其传感机制，是亟待解决的科学问题。

氢气传感手性等离激元Au@Pd超材料：近年来，具有三维本征手性结构的金属helicoid纳米颗粒已经成为一类具有杰出手性等离激元性质的新型等离激元材料，然而它们在手性等离激元传感方面的能力仍不清楚。我们首次设计合成了Au@Pd helicoid核壳纳米材料，保持了helicoid的手性形貌并集成了Pd的传感能力。基于Au@Pd helicoid纳米颗粒暴露于氢气时由钯到钯氢化合物的相变引起的光谱位移成功构建了手性等离激元氢气传感平台。作为手性等离激元超材料，Au@Pd helicoid纳米颗粒在可见光区表现出灵敏度更高的手性等离激元氢气传感性能，圆二色光谱的位移值近似是消光光谱的3倍，最大位移高达206.1 nm，超越了所有在可见光区的等离激元氢气传感器。这不仅推动了高灵敏的等离激元氢气传感器的发展，也为利用helicoid纳米颗粒进行手性工程来构筑丰富的手性等离激元传感超材料提供了机遇。此外，Au@Pd helicoid纳米颗粒作为手性等离激元氢气传感平台时表现出更高的品质因子，在1.5-6.0%氢气浓度范围内具有良好的线性关系，优异的循环性能以及良好的选择性。基于该手性等离激元氢气传感平台，我们首次发现碘离子能够减缓氢气吸附和脱附动力学，进一步表明了Au@Pd helicoid纳米颗粒作为手性等离激元氢气传感平台的可用性，也对设计理想的氢气传感器以及稳定的钯氢化合物具有指导意义。相关结果发表在《Advanced Materials》（2023, 34, 2305429）。

手性广泛存在于自然界与生命体中，许多重要的化合物如核酸、酶、氨基酸和糖都具有手性，这些手性化合物所具有的不对称结构在维持生命过程中起着决定性的作用。在生命过程中，各种生物与化学反应的发生均伴随着手性识别。构建手性识别材料和发展手性识别方法不仅对生命过程、药物和酶的作用机理有重要意义,而且在化学领域的手性药物拆分和对映体识别与分离等领域都具有重要的应用。

单手性晶面的精准构筑与电化学手性识别：手性表面在许多重要的对映选择性化学过程中广泛应用。其中，具有本征手性的金属表面具有出色的稳定性，被视为发展对映选择性表面化学的理想候选者。然而，如何可控化学合成单手性金属表面极具挑战，已成为对映选择性表面化学领域的关键挑战之一。我们首次发展了合成具有精确单手性晶面的手性金纳米颗粒的湿化学方法。以半胱氨酸作为手性诱导剂，我们揭示了一条新的手性纳米晶体生长途径，可以选择性地合成具有同手性R和S晶面的手性三八面体金纳米颗粒，其单手性晶面具有精确的米勒指数。此外，我们还首次考察了单手性晶面金纳米晶对映选择性识别特性，实现对L-/D-色氨酸的高效手性区分的电化学方法。我们进一步合成了其他本征手性表面的金纳米晶，并通过异质外延生长策略首次将本征手性金属纳米晶的合成扩展到钯元素，并基于这些手性材料开发了一系列用于手性识别的电化学传感器，实现多种手性分子的手性识别。其中异质外延生长策略有望大大扩展本征手性材料的种类，为利用具有本征手性的纳米材料构建手性传感器提供了广阔的前景。相关结果发表在Nano Lett., 2022, 22, 2915-2922; Sens. Actuators B Chem., 2022, 362, 131757; 以及Rare Metals, 2023, 42, in press上。

等离激元耦合圆二色光谱用于手性信号放大：纳米材料中的局域表面等离激元可通过将电磁辐射聚焦到小于入射辐射波长的尺寸，从而实现巨大的局域场增强。因此，等离激元在增强光-物质相互作用方面也被引入圆二色谱中，以提高耦合体系的手性信号强度。目前，该技术仍存在手性信号增强倍数较低和稳定性差等问题。为了解决增强倍数低的问题，我们系统地研究了不同形貌银纳米粒子与手性硫醇耦合体的圆二色信号强度，阐明了纳米粒子的各向异性对增强效果的影响，证实了离散的银纳米棒作为手性放大器实现了前所未有的3000多倍的增强倍数，这为开发用于手性识别的超灵敏传感方法开辟了新的可能性。为了解决稳定性差的问题，我们提出手性分子包埋在Ag纳米粒子的策略。研究表明，手性分子的包埋显著增加了手性分子与Ag纳米粒子之间的耦合，实现了相较于手性分子超过4900倍的高手性放大。更为重要的是，半胱氨酸包埋的Ag纳米粒子的CD信号在储存三个月后几乎没有变化，这也得益于我们所发展的包埋策略能够有效防止手性分子的脱落。我们的方法将为设计具有高手性放大和优越稳定性的新型等离激元耦合CD体系开辟新的可能性并奠定基础。相关结果发表在Chem. Commun., 2021, 57, 7390-7393；Chem. Mater., 2023, 35, 3226-3235。

贵金属纳米材料的晶体工程：晶体纳米材料的晶相与其物理化学性质密切相关。金、银等贵金属的热力学稳定晶相均为面心立方晶相，其所形成的其它亚稳态晶相的晶面调控极少报道。亚稳相金属纳米结构通常具有丰富的表面化学活性，在催化反应中可能展现不同的催化性质。同时，贵金属纳米材料的晶体结构决定了其基本物理化学特性和与外界分子的相互作用。在晶相工程研究中，如何合成特殊孪晶结构的纳米材料是重要挑战之一。我们以亚稳态4H六方晶相的金纳米带为模板，合成了风筝形状的金纳米材料，并在其中首次发现了具有非密排孪晶面的特殊孪晶结构，从而拓展了贵金属孪晶结构的研究范围，为设计贵金属功能纳米材料提供了新的路径。

此外，我们制备出具有非传统2H/面心立方异质相的二维金纳米片，并将其用作模板生长一维铑纳米棒，并可选择性地在Au模板不同区域生长纳米棒。所得到的异质结构在酸性介质中显示出有前途的电化学析氢反应性能，这是报道的铑基析氢电催化剂中性能最好的之一。我们还合成七种具有明确晶面的多面体金纳米晶，系统阐明其晶面与电化学氮还原之间的构效关系。我们发现金（321）晶面表现出高氨产率和法拉第效率，比（100）晶面分别高出3.1倍和5.1倍。结合理论研究，这项研究为电化学氮还原机理和金属纳米晶体的电催化设计提供了实验和理论依据。系列论文发表于Nat. Commun., 2019, 10, 2881；J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 4387-4396；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 41613-41619。

欠电位沉积用于合金纳米晶表面的精准调控：通过在合金纳米表面上进行精确的结构和组分调控，可以实现对其理化性能的高度定制，从而为催化、传感等应用提供更好的性能和功能。我们发展了以欠电位沉积（UPD）为基本原理精准调控钯合金纳米晶的形貌和表面组分的系列方法。在钯纳米晶生长过程中引入异种金属离子，我们发现了银、铑、铋、铜等一系列金属在钯纳米晶表面的欠电位沉积行为，成功得到了一系列形貌、组分、表面结构可控的钯基双金属纳米晶。通过一系列表征和对比实验，我们阐明了UPD参与调控纳米晶组分的原理，提出利用本体金属与异种金属电负性差来理解UPD调控下金属纳米晶体的生长机理。其中，二者电负性差异较大，其金属键较强，有利于异种金属进入晶格而形成体相合金结构，而电负性差较小的情况下，利于异种金属表面（亚）单层修饰结构的形成。该经验规律的提出为指引新的UPD体系的发现提供了可能的方向。系列论文发表于J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 8568-8572；Chem. Commun., 2020, 56, 14849-14852；以及Nanoscale, 2021, 13, 5284-5291上。

光活性纳米界面的精准构筑与催化研究：等离激元催化是多相催化的新兴领域之一，在太阳能的高效利用等方面具有重要研究价值，并对其中光活性纳米催化剂的理性设计提出了更高的要求。我们通过原位还原法合成Au@聚邻苯二胺@Pd等离激元间隙纳米结构（PGN），并实现了等离激元组分Au和催化组分Pd之间的间隙尺寸精确调节。在PGN中引入由导电聚合物构成的纳米间隙，不仅极大地增强了PGN的整体消光，产生大量光激电荷载流子，而且提供有效的电荷转移通道使得受激电荷载流子及时转移到催化金属表面参与催化反应，降低了电子-空穴对的复合率。将PGN应用于乙醇催化氧化反应，光照下催化性能增强效果显著（净增强2.5倍）。本研究结果突出了PGN间隙设计对于等离激元增强催化的重要价值，提出了光增强催化活性与纳米间隙值之间的火山图关系，并解释了背后的机理，其思路可用于开发其它种类高效的等离激元纳米催化剂并拓展应用范围。我们还通过Ag辅助种子介导的生长方法合理设计金框架-钯纳米立方体纳米催化剂，结合了Pd的优异电催化性能与Au的出色等离激元特性，展现了等离激元增强的乙醇电催化氧化反应，表现出高的催化活性和稳定性。相关论文发表于Nano Res., 2023, 16, in press和Chem. Eur. J, 2022, 28, e202200494。

在光谱分析化学中，纳米材料光学性质的精准调控是发展新的分析方法与提检测高灵敏的重要前提。我们通过化学合成，实现了贵金属纳米晶等离子共振（LSPR）光学性质的精准调控。我们使用金纳米棒作为晶种，首次合成出具有高效电场增强效应的单晶金纳米双锥，在表面增强拉曼光谱中展现优越的性能（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5817）。我们还通过引入铜离子合成内凹钯纳米立方体。通过其调节其尺寸与内凹程度，首次实现钯纳米材料LSPR性质在整个可见光范围内的随意调控。该工作以封面论文形式发表在Chem. Mater. 2014, 26, 2180。

      我们还开展了单个纳米粒子光谱分析化学研究，设计合成出性能优异的SERS纳米探针。通过引入正二十面体晶种和小分子胺，我们首次合成出由20个等价的分支构成的高对称性金纳米星，解决了传统金纳米星质量低和重现性差的难题。基于该高对称性金纳米星，我们开展了单粒子拉曼光谱研究，取得了优异的SERS光谱增强效果与重现性。该结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10460，被美国化学会C&EN News作为亮点特别报道。

不同分析物质的氧化还原行为强烈依赖于金属电极的表面结构，在不同晶面上通常具有不同的氧化还原电位与峰电流。因而电极表面结构不但影响分析物的检测灵敏度，还会造成不同分析物氧化还原峰重叠，严重干扰电分析化学的实际检测效果。通过精准合成具有指定表面结构的纳米晶来构筑电分析化学界面则有望解决这些问题，因而具有重要的意义。我们提出用催化毒化剂同时调控纳米晶表面结构和表面催化活性的策略。我们将铅毒化剂用于钯铅纳米晶的合成中，实现其表面结构与化学成分的精准调控。所获得纳米晶具有独特表面性质，在炔烃选择氢化反应中展现了优异的半氢化选择性。相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 8271。

       具有高指数晶面的金属纳米晶在电催化中展现出优异的性能，但由于其超高表面能，可控合成极具挑战性。晶体学的教科书中四种经典的高指数金纳米晶中，只有偏方三八面体的合成仍未能实现。我们首次将双齿配体用于金纳米晶的晶面可控合成，发现二甲基亚砜的硫原子和氧原子能够协同稳定高指数（311）晶面，从而合成出高质量偏方三八面体金纳米晶。相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5817。该纳米晶在SERS中得到应用，还在电催化合成氨中展现出高活性。

传统金属纳米粒子相比，贵金属纳米晶具有规整的形状与表面结构，不仅可提高分析检测重现性，还可通过控制结构展现出新性质，为分析化学发展新方法提供广阔机遇。然而，金属纳米晶的合成是复杂的物理化学过程，极易得到大小形貌各异的产物。我们通过分离纳米晶的成核和生长过程，解决了金属纳米晶生长不均一的难题，并阐明大尺寸晶种具有“晶种-纳米晶”结构继承性规律。通过调控纳米晶生长中的热力学与动力学，精准合成出多种具有高度均一性的金与钯纳米晶。其中高纯度菱形十二面体金与钯纳米晶均为国际上首次报道。相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 697和ACS Nano 2010, 4, 1987（ESI高引论文）上。相关合成方法及材料用于电分析化学，显著地提高了电化学发光分析的灵敏度（ACS Nano, 2014, 8, 5953）。本合成方法与材料已被国内外40多个研究组在Science、Nat. Mater.和Nat. Comm.等系列高水平文章中直接采用，广泛应用于纳米晶自组装、SERS与电分析化学等领域。

我们还将“晶种-纳米晶”结构的继承性规律延伸到孪晶纳米晶的合成。早在古希腊时期，数学家已经预言了仅有的五种正多面体：正四面体、立方体、正八面体、正十二面体、正二十面体，合称为柏拉图多面体。早在十年前，正十二面体之外的所有柏拉图多面体的贵金属纳米晶都已经报道，正十二面体贵金属纳米晶的合成一直是本领域内的最具挑战的难题之一。我们从正十二面体的特殊对称性入手，基于“晶种-纳米晶”对称性的继承性，在国际上首次解决了正十二面体金纳米晶的合成难题。并通过反应条件的调控获得了具有I_h对称性的多种金纳米晶形貌。该研究的相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3010-3012上，并被Gold Bulletin和Nachrichten aus der Chemie杂志作为研究亮点报道。