光热材料因其在能源转换、生物医学、环境治理等领域的广泛应用而备受关注。金纳米棒（GNRs）作为一种典型的光热材料，具有独特的局域表面等离子体共振特性，能够高效地将光能转化为热能，是光热领域的热点材料。然而，传统GNRs的光热性能受限于其光吸收效率和分散稳定性，难以满足日益增长的高效、稳定光热材料的需求。因此，如何通过合理的材料设计和功能化修饰，进一步提升GNRs的光热性能，成为当前研究的重要方向。有机染料种类多、光物理性质可调，可以通过分子结构精确设计，提升染料激发态的非辐射跃迁，获得高效光热转换。然而，有机材料通常面临光漂白问题，尤其是在固态应用中。本研究报道了一种简便有效的方法，通过将特别设计的有机光热分子修饰于GNRs表面，构建了兼具高效光热转换和优异稳定性的有机-无机杂化光热材料。
图1. 修饰GNRs的合成过程。
在638 nm激光照射下，修饰后的GNRs掺杂的薄膜表面温度升高可高达111°C，是相同条件下未修饰GNRs掺杂薄膜的两倍。通过调节掺杂材料浓度或光功率，可以将薄膜的表面温度精确控制在31至116°C之间。此外，研究发现，仅掺杂有机分子的薄膜在光照一次之后就发生了明显的光漂白作用，而修饰后的GNRs掺杂的薄膜具有更优异的稳定性和可重复使用性，在循环使用10次之后依然保持很好的光热转换性能。
图2. 不同材料掺杂薄膜的光热转换性能。
为理解修饰GNRs优异的光热转换性能，我们利用密度泛函理论计算了所设计分子的激发态构象及前线轨道。结果表明，所设计分子中涉及较强的分子内电荷转移，且具有极低的辐射跃迁概率。因而，我们推断，修饰GNRs的优异光热性能得益于等离子体热效应和非辐射弛豫的协同作用。
图3. 修饰GNRs的光热机制。
基于修饰GNRs掺杂薄膜的优异光热转换效率、出色的稳定性和可重复使用性，我们以该薄膜作为能量转换器，成功实现了多种矿物盐（NaCl、CaCO3、BaCO3和SrCO3）的可控光热诱导结晶及表面图案化。
图4. 光热诱导NaCl晶体的表面图案化。
图5. 光热诱导CaCO3、BaCO3和SrCO3晶体的合成。
本研究成果不仅为高性能光热材料的设计与制备提供了新的技术路径，还拓展了光热材料在能源转换、微纳加工和结晶控制等领域的应用前景。该工作以“Localized and Controllable Mineral Salts Crystallization Enabled by Dye Modified Gold Nanorods with Enhanced Photothermal Conversion”为题发表在《Advanced Materials》上（https://doi.org/10.1002/adma.202417138）。陕西师范大学新概念传感器与分子材料研究院硕士研究生闫旭东为论文第一作者，苗荣副教授为论文通讯作者。