基于银纳米粒子的复合基底制备及其SERS特性研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duxiaoqingdu
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表面增强拉曼(SERS)效应从发现至今已有几十年的历史,其在痕量化学物质快速检测方面和物质分析方面已经显示出了越来越巨大的潜力,广泛应用于化学、材料、生物医药等方面。近年来,多种SERS基底已经被制备并广泛应用于农药、色素、环境有机污染物等的痕量检测。SERS基底的材料和结构对SERS基底性质有重要的影响,其中复合基底能够结合各个材料的优势,但同时也可能会抵消掉部分优势。制备复合SERS基底的方式有很多,如三明治结构组装体、贵金属核壳结构、二聚体等,采用的方法也有很多,如水热法、液相还原法、模版法等等,然而大多数的复合基底制备工艺复杂,往往需要繁多的反应物质、复杂的制备步骤、也需要特定的实验仪器以及实验条件,因此如何以简易的手段,制备具有高灵敏度、高重复性、高稳定性的SERS基底,对SERS领域具有十分重要的意义。本论文主要基于银纳米颗粒的SERS效应,对复合SERS基底的构筑以及其增强机制进行研究,以下是主要的研究内容及结果:1.制备了泡沫镍/氧化石墨烯/纳米银复合SERS基底。采用Hummers法制备的氧化石墨烯,结合三维泡沫镍和纳米银,制备出了复合材料的SERS基底。该基底是结合泡沫镍、氧化石墨烯和贵金属纳米银三者的优势于一体的高SERS活性基底。其中,Ag纳米颗粒的形貌、尺寸、间距以及GO层的性质是影响泡沫镍/氧化石墨烯/纳米银复合基底SERS性质的主要因素。我们通过设计正交实验、控制变量、SEM表征、Raman光谱表征等手段,综合得出最优的制备条件,根据实验制得的Ag纳米粒子尺寸约为500 nm,表面有略微突起的花状。GO浓度的最佳值在3.2 mg/mL左右,水浴时间为1 h。制备出的复合SERS基底R6G最低检测限(LOD)达到10-8 mol/L,样品相对标准方差(RSD)仅仅为8.2%的高SERS活性复合基底。最后,我们还通过基于主成分分析开发的算法,对R6G的拉曼光谱进行了定量分析,提出关于探针分子浓度与拉曼光谱强度的定量分析模型,该算法得到的曲线拟合优度(R2)达到0.9793,说明了该算法具有很高的可信度,值得推广。2.制备了钛/氧化钛/纳米银复合SERS基底。通过水热法,使二维钛箔表面生成三维氧化钛材料,使基底具有纳米级的粗糙表面,然后使用紫外灯还原硝酸银(AgNO3),在基底表面修饰纳米银。基于自主设计的正交实验表,研究氧化钛和纳米银对基底的SERS性质的影响,得出最优基底制备的实验条件。其中,钛箔水热反应最佳条件为:氢氧化钠(NaOH)的浓度为1 mol/L,水热反应时间为6 h;修饰纳米银的最佳条件为:硝酸银(AgNO3)的浓度为0.5 mol/L,紫外灯光照时间为6 h。使用探针分子4-ATP对基底的灵敏度、稳定性、均一性和优越性进行评价。实验表明,基底的最底检测限可以达到10-7 mol/L,具有良好的灵敏度;在空气中放置一个月后,SERS强度仅仅下降了40%,说明基底具有良好的稳定性;基底的相对标准方差(RSD)低至6.9%,具有很好的均一性。表明该基底是一种值得推广的表面增强拉曼基底。最后,使用该基底对工业污染物亚甲基蓝(MB)进行了检测,可以观测到明显的拉曼峰。
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