核壳结构金属纳米粒子组装体系的制备及其在SERS光谱中的应用

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表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering, SERS)光谱主要用来研究与吸附分子有关的表面现象,获取其结构信息,它已经发展成为一种重要表面分析手段。根据SERS光谱的电磁增强机理,选用良好的纳米结构作为SERS基底对SERS光谱信号的产生至关重要,新型SERS基底的制备成为SERS光谱领域重要研究内容之一。近年来,壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(shell-isolatednanoparticle enhanced Raman spectroscopy,SHINERS)技术的提出解决了SERS基底的普适性问题,将惰性壳层(如SiO2)包覆的金纳米粒子应用于多种表面SHINERS分析。目前该技术已经广泛应用于如材料科学、生命科学、食品安全、环境监测等多个领域。本文立足纳米材料与光谱分析交叉领域,首先围绕Au@SiO2这一壳层隔绝纳米粒子(shell-isolated nanoparticles,SHINs)的制备,比较了采用Na2SiO3或TEOS两种不同硅源制备SHINs之差异,且将Au@SiO2纳米粒子应用于半导体ZnO表面4-MPy分子的SHINERS研究。另一方面,通过采用化学组装结合电沉积的方法获得粒径分布均匀、纳米粒子排列致密的金纳米粒子组装结构,以此为基础通过水解Na2SiO3的方法在其表面包覆SiO2壳层(壳层厚度25nm)。该纳米结构具有SHINs特征,为表区分,借此提出壳层隔绝纳米粒子组装结构(shell-isolated nanoparticle assembled structure,SHINAS)这一概念。SHINAS提高了基底的稳定性和可循环利用性。也尝试将其应用于半导体ZnO表面4-MPy分子的SHINERS表征。此外,本文尝试采用种子生长法制备单分散的球形且具有类似Ag纳米粒子LSPR光学性质的Au@Ag核壳纳米粒子;考察了加入不同种类电解质对其SERS效应的影响。也尝试通过硅烷化试剂在ITO表面获得Au@Ag纳米粒子组装结构,且将其应用于氨基酸分子的SERS光谱表征与分析。新型SERS或SHINERS基底的制备是SERS领域重要研究内容,以上工作可以丰富SERS光谱或SHINERS研究,对于获取在弱增强或无增强材料表面吸附分子的SERS光谱信息、研制纳米结构特征鲜明、“热点”分布均匀、光谱稳定性与重现性良好的SERS基底均具有积极意义,为使SERS光谱或SHINERS技术拓展到更多的应用领域做了有益的探索。
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