几种表面增强拉曼基底的研究

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表面增强拉曼(SERS)技术具有极高的灵敏度,对某些分子的检测灵敏度比普通拉曼光谱高1021014倍,能检测吸附在金属表面的单分子层和亚单分子层的分子,并提供丰富的分子结构信息。因此,SERS作为一种有发展潜力的光谱分析技术,在化学、物理、生物、医学、环境监测、公共安全等各个方面都有了一定的应用。众所周知,活性基底的制备是获得较好SERS信号的关键。特别是制备具有增强能力强、稳定性和重复性好、易于制备和存储、使用方便等特点的SERS活性基底更是一个难题。因此研究SERS活性基底具有重要的意义。本文利用简单的水热方法合成了贵金属树枝晶与四氧化三铁纳米颗粒;用刻蚀方法制备了硅纳米线,并对合成的材料进行了表征。然后通过在材料表面或者侧面沉积不同厚度的金层构成拉曼活性基底,并进一步研究了树枝晶、纳米颗粒、纳米阵列三种基底的SERS活性,其具体内容为:(1)贵金属树枝晶在表面增强拉曼方面的研究,其中包括三种不同生长方向的银树枝晶的表面增强拉曼和金树枝晶的表面增强拉曼。首先我们通过简单的水热方法合成了[110]生长方向的银树枝晶,并通过在合成过程中添加聚乙烯吡咯烷酮及调节它的含量制备了[111]和[100]生长方向的银树枝晶。利用SEM和SAED对三种不同生长方向的银树枝晶进行了表征,并研究了它们的表面增强拉曼效果及生长方向对表面增强拉曼的影响。实验结果显示:(1)银树枝晶的形貌与拉曼的mapping图片具有对应关系。(2)对于每种银树枝晶,中心轴的增强效果最好。(3)[100]生长方向的银树枝晶和[111]方向、[110]方向的相比具有最好的表面增强拉曼效果。(4)[100]生长方向的银树枝晶对z值的改变几乎不敏感,而[111]生长方向的银树枝晶,当z值变化时,拉曼强度变化很大。其次利用同样的方法制备了金树枝晶并研究了它的表面增强拉曼效果。结果显示当浓度低至10-8M时仍然具有拉曼信号。(2)金沉积的硅纳米线阵列应用于表面增强拉曼。我们利用比较成熟的刻蚀方法制备了硅纳米线,然后将长有硅纳米线的硅片基底切割成小块。侧面则构成纳米阵列,在纳米阵列上沉积不同厚度的金层,然后在马弗炉中400℃下煅烧30min。用R6G作为探针分子,研究金层的厚度对纳米阵列基底的表面增强拉曼影响。实验结果显示,当沉积的厚度为8nm时达到最佳的拉曼增强效果。最终的检测极限可达1×10-11M,增强因子可达2.3×109。(3)多孔Fe3O4纳米颗粒组装体的电化学性质及沉积金薄膜后的表面增强拉曼的研究。我们运用水热方法制备了多孔的Fe3O4纳米颗粒,利用SEM、TEM、XRD、氮气吸附解吸理论及孔径分布、室温磁滞曲线对合成的多孔的Fe3O4纳米颗粒进行了表征。然后在颗粒表面沉积不同厚度的金薄膜,研究它们的表面增强拉曼效果。结果显示金层的厚度为10nm时几乎达到最好的增强效果。除此之外,对多孔的Fe3O4纳米颗粒进行了磁力辅助自组装,修饰在玻碳电极上并研究它的电化学性质。结果显示在玻碳电极与多巴胺之间表现出较好的电子传输能力,具有较好的电化学活性和灵敏性。
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