针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题，制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄∶Yb，Er，通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄∶Yb，Er薄膜基底。结合有限元模拟，计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布，研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明，Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄∶Yb，Er发光层的耦合，不仅得到了上转换3个数量级的提高，还实现了分子检测10^-7 mol·L^-1的检测极限，并且获得了10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应，从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)由于具有检测速度快、仪器便携性好、灵敏度高及谱图指纹特征丰富等特点，近年来作为一种重要的仪器分析方法已逐步应用于食品安全分析。因此，我们结合前期科研基础，科教融合，设计了“表面增强拉曼光谱快速分析食用色素”实验。学生通过增强基底制备、SERS检测条件的优化、SERS快速分析方法的建立及应用等内容的训练，可充分学习SERS快速分析方法的实验技能，并收获相关的前沿知识，培养实验创新能力。

碳点(CDs)因其优异的生物相容性和可调的光学特性，已成为近红外(NIR)介导的肿瘤治疗中极具前景的光热剂。然而，如何精确控制其组装行为以增强NIR吸收和光热转换效率仍不明确。在这项工作中，我们提出了一种因电子供体/受体复合而超组装的碳点(S-d/a-CDs)，通过将供电子碳点(d-CDs)与吸电子碳点(a-CDs)整合构建而成。这种复合的超碳点显著增强了S-d/a-CDs的NIR吸收能力。在740 nm激光照射下，S-d/a-CDs实现了65.8%的显著光热转换效率(PTCE)。S-d/a-CDs通过静脉注射表现出可忽略的细胞毒性和有效的肿瘤积累能力，能够在NIR激光照射后完全消除肿瘤。据我们所知，本研究首次利用两种CDs的协同组装进行光物理特性工程，为开发先进的NIR触发光热材料建立了开创性的范式。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与十二烷基硫酸钠(SDS)通过阳离子架桥形成的拟聚阴离子为软模板，通过改变PVP、SDS和纳米材料前驱体氯金酸(HAuCl₄)浓度以及反应时间等因素，调控还原产物金纳米花形貌及粒径。表面张力、电导率、毛细管电泳及Zeta电位等实验结果表明PVP-SDS-HAuCl₄形成新的拟聚阴离子，透射电子显微镜和X射线衍射结果表明SDS、PVP和HAuCl₄的较低浓度组合更易获得表面凸起丰富的金纳米花。PVP-SDS拟聚阴离子发挥了二级软模板作用，在PVP (50 g·L⁻¹)-SDS (2 mmol·L⁻¹)-HAuCl₄ (0.25 mmol·L⁻¹)溶液中调控合成的金纳米花为{111}晶面为主的面心立方结构，其平均等效粒径为108 nm，且表面上密集分布约16.5 nm的凸起。该金纳米花有较强的表面增强拉曼散射(SERS)活性，探针分子罗丹明6G的SERS信号强度依赖于金纳米花的表面凸起形貌。该研究中金纳米花的SERS增强因子最高达6.71 × 10⁷，优于同类金纳米花的文献报道水平(10⁶)；尽管低于石墨负载的金纳米粒子(1 × 10⁸)或阳离子软模板合成的金纳米棒(5 × 10⁹)，但成功避免了基质干扰或阳离子强吸附使应用受限。

利用取之不尽的太阳能资源进行光催化水裂解制氢是缓解全球能源危机、实现碳中和战略的一项有前景的技术。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因成本低且稳定性高在光催化产氢领域备受关注。然而，纯g-C₃N₄存在表面积小、电子转移慢、光生载流子复合快等缺陷，产氢性能通常不佳。本研究通过直接热解硫酸铵和三聚氰胺混合物，成功实现硫物种对g-C₃N₄氮位点的原位取代，开发出一种高效的硫掺杂g-C₃N₄ (S-g-CN)光催化剂。系列结构和光谱表征证实硫的成功掺杂。密度泛函理论的第一性原理计算表明S活性位对氢的吸附吉布斯自由能近乎为零(~0.26 eV)，揭示S掺杂在优化H活性中间体吸附和解吸过程中起着重要作用。透射电子显微镜和原子力显微镜测试结果表明，S-g-CN具有超薄的纳米片状结构，其片层厚度约为2.5 nm。随后的氮气吸脱附等温线和光电化学性质测试结果表明，S掺杂不仅可显著增大g-C₃N₄比表面积，而且还能有效提高其光生电子-空穴对的转移、分离和氧化还原能力。得益于材料良好的结构特性，S-g-CN的光催化产氢速率高达4923 μmol∙g⁻¹∙h⁻¹，是原始g-C₃N₄的28倍，超越诸多最近报道的其它S掺杂g-C₃N₄光催化剂。而且，S-g-CN的表观量子效率高达3.64%。本研究除了开发一种高效的光催化剂，还将为高性能g-C₃N₄基催化剂的设计提供有益借鉴。

丙烯氧气直接环氧化(DEP)反应是合成环氧丙烷(PO)一种理想途径，但这一过程极具挑战性。本工作发现通过光热协同催化作用，在CuO_x/TiO₂催化剂上可以提升PO的生成速率和选择性。在180 ℃时，引入光照可使PO的生成速率提高20倍以上(从8.2增加到180.6 μmol·g⁻¹·h⁻¹)，同时选择性提高了3倍以上(从8%增加到27%)，打破了半导体在DEP反应中活性和选择性极低的传统认知。动力学研究结果表明，光照可显著降低PO生成的活化能(从95降至40 kJ·mol⁻¹)。采用原位电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)技术，对铜氧化物物种的价态进行了动态表征，确定了氧气分子活化中间体的构型，首次捕捉到促进PO生成的活性氧物种。光生电子能够促进Cu⁺活性物种的形成以及μ侧过氧化二铜结构的产生，削弱O―O键，从而提高PO的生成速率和选择性。本工作为设计用于DEP反应的半导体光催化剂奠定良好的基础。

内建电场被认为是促进电荷迁移和分离，以提高光催化性能的有效驱动因素。本工作通过一步溶剂热法合成了间隙氯和取代氯共掺杂的一维纳米棒Mn_0.2Cd_0.8S (MCS)。间隙氯和取代氯的掺杂导致MCS纳米棒中的电荷分布不平衡，形成内建电场，有利于提高光生载流子动力学。通过密度泛函理论计算，本研究通过对电子结构、电荷分布和H₂吸附/解吸平衡差异的研究，直观地描述了间隙氯和取代氯的掺杂对MCS活性的影响。有趣的是，MCS能带结构的调控主要源于间隙氯的贡献，而取代氯无贡献。同时，取代氯可以进一步促进间隙氯对MCS的H₂吸附-脱附吉布斯自由能的优化。最终，0.9 Cl-MCS的H₂吸附-脱附吉布斯自由能更有利于H₂的产生(1.14 vs. 0.17 eV)，光催化产H₂活性提高了9倍。本研究为在双金属硫化物光催化剂中构建内建电场提供了有价值的途径。

范德华异质结因其优异的电荷分离能力和在调节电子特性方面的显著灵活性而展现出卓越优势。本研究探讨了二维/二维(2D/2D) g-C₃N₄@BN范德华异质结在光催化合成过氧化氢(H₂O₂)中的潜在应用。基于该异质结，我们深入研究了三重态激子与单线态氧之间的能量转移过程，强调了催化剂结构对电荷分离和三重态电子稳定生成的重要性。通过构建电荷转移路径，异质结内的内置电场有效驱动了电荷载流子的定向迁移，显著延长了其寿命。我们采用了两种修饰策略来调控催化剂的激发态电子特性，包括调整层间排列以增强电荷传输能力，以及卤素修饰以提高材料的光响应性。实验验证表明，与CN相比，代表性的氯化-CN@BN有效抑制了激子复合，将激发态载流子的寿命延长了3.52倍。此外，H₂O₂的光催化产率提高了2.73倍。本研究为开发新型光催化剂提供了理论基础，并启发了从氧气直接合成H₂O₂的催化剂设计。

利用改进的Hummers法氧化鳞片石墨，获得富含羟基和羧基的氧化石墨烯量子点(GOQDs)。通过透射电子显微镜、X射线衍射、红外光谱及拉曼光谱测试表征其理化性质。此外，利用鸡卵清蛋白(OVA)作为模式抗原，构筑GOQDs/OVA纳米疫苗并评估其载量、安全性、免疫效力等。结果显示，GOQDs/OVA纳米疫苗直径在5 nm左右，具有高度的水分散性和稳定性。其对OVA的最大负载量约为500 mg·g^-1，在pH=5.5和7.4环境下24 h的释放率分别为74.65%和56.93%，表现出pH刺激响应释放性能。当GOQDs浓度在500 μg·mL^-1以下时，不会引起溶血、细胞损伤、重要组织发生病变等现象。免疫后，与OVA单独免疫对照组相比，GOQDs/OVA纳米疫苗可以诱导产生高水平的免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白G1(IgG1)及免疫球蛋白G2a(IgG2a)抗体，提高白细胞介素(IL)-1β、IL-2、IL-4和IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和γ干扰素(IFN-γ)的分泌，同时促进脾中辅助性(CD4⁺)和细胞毒性(CD8⁺)T淋巴细胞百分比的增加。