Noble metal nanoparticles (NPs) have been drawn tremendous interests due to their superior plasmonic and catalytic functions compared to other metal nanoparticles. In this regard, they have been widely explored for various applications including electrocatalysts, bio/chemical/environmental sensor, photothermal therapy, organic photovoltaics, photocatalysts and surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. Among the noble metal NPs, Au NPs have attracted research interests as plasmonic platforms due to their inherent structural stability and localized surface plasmon resonance (LSPR) properties. Manipulation of the LSPR properties of Au NPs is the most critical issue in developing plasmonic platforms. One straightforward way for enhancing plasmonic performance is the assembly of NPs. Accordingly, there are numerous assembly strategies such as charge interaction, van der Walls force and surfactant or DNA mediated assembly of NPs. In this study, I have employed a new route towards assembly of nanoparticle, which called nanoparticle clusters, through controlled galvanic replacement of nanoparticles to enhance the plasmonic performance of nanostructures. The prepared Au NPCs showed enhanced SERS activity compared to Au nanoparticles due to their interparticle gaps, which can induce the strong electromagnetic field enhancement. Even single-molecule SERS events could be detected with the Au NPCs. Also, I developed a new synthetic strategy for assembly of core-shell nanoparticles with plasmonic cores and catalytically active shells is reported for the first time. The prepared Au@M (M= Ag, Pd or Pt) NPCs showed remarkably enhanced plasmonic performance compared to their Au@M nanoparticle counterparts. In situ real-time SERS monitoring of the progress of a catalytic reaction proceeded on the surface of the NPCs indicated that the controlled assembly of core-shell nanoparticles is an effective strategy for integrating plasmonic and catalytic functions in a single platform. I envision that this novel concept of assembly strategy will pave a new way to developing efficient plasmonic and catalytic nanomaterials and that it can be extended to the fabrication of a new class of hybrid nanoarchitectures with unprecedented morphologies and functions
귀금속 나노입자는 다른 금속 나노입자에 비해 뛰어난 플라즈모닉 성능과 촉매 활성을 보이기 때문에 수많은 관심을 받고 있다. 이러한 점에서 귀금속 나노입자는 전기화학촉매, 바이오/화학/환경 센서. 광열 치료, 유기 태양전지, 광촉매, 표면 증강 라만 산란 분광기에 다양하게 응용되어왔다. 귀금속 나노입자 중에 금 나노입자의 경우 그들 고유의 구조적 안정성과 국소 표면 플라즈몬 공명 성질 덕분에, 플라즈모닉 플랫폼으로써 연구적 관심을 끌었다. 금 나노입자의 어셈블리는 플라즈모닉 성능을 극대화 시킬 수 있는 가장 효과적인 방법으로, 이를 구현화 하기 위해 전하 상호작용, 반데르 발스 힘 또는 DNA를 이용한 다양한 나노입자 어셈블리 방법들이 연구 되었다. 하지만, 효율적인 플라즈모닉 특성 강화를 위해서는 새로운 나노입자 어셈블리 방법 개발이 필요하다. 본 연구에서는, 갈바닉 교환 반응을 통한 새로운 나노입자 어셈블리 방법을 개발하였다. 새로운 나노입자 어셈블리 방법으로 합성한 금 나노입자 클러스터는 일반 금 나노입자에 비해 표면 증강 라만 산란 효과에 있어 안정적인 라만 신호 세기 증강과 단분자 수준의 라만 신호 측정을 가능하게 하였다. 또한, 다른 나노입자 어셈블리 방식과 달리 외부자극에 뛰어난 구조적 안정성 덕분에 촉매적 활성과 플라즈모닉 특성을 동시에 지니는 이중금속 코어-셀 나노입자 클러스터를 합성 할 수 있었다. 촉매 활성과 플라즈모닉 성능 향상을 통해, 촉매반응의 메커니즘을 실시간 표면 증강 라만 산란 분광법을 통해 분석 할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 나노입자 어셈블리 방법은 효과적인 플라즈모닉 플랫폼 및 촉매 개발에 다양한 방면으로 적용 가능할 것이다.
