二维纳米结构银的制备及其SERS性能研究

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表面增强拉曼散射光谱是一种具有高灵敏度,高分辨率的分析检测技术。由这些特点,表面增强拉曼散射光谱技术在生物活体检测,疾病诊断,环境检测以及实时检测异相催化反应过程的研究中具有潜在运用。实现表面增强拉曼散射在实际中的运用,制备具有SERS增强性能好,具有可调表面等离子共振以满足运用需要的增强基底是极为重要的。二维结构的银纳米片,具有覆盖整个可见光区直到近红外区这样宽范围可调控的SPR,引起了人们的广泛关注。SPR的激发是影响SERS性能的一个重要因素,是电磁场增强机理的核心因素。因而制备具有高质量的银纳米片,为系统研究SERS性能与SPR的关系,尤其是具有宽范围可调控的SPR,对深入理解SERS增强机理与如何构造具有高活性SERS基底提供基础具有重要意义。用改进的种子生长的方法制备具有高质量的银纳米片。通过调控实验参数,可以得到具有尺寸分布均一形貌单一的二维结构银纳米片,并且该银纳米片能够实现其SPR在485-1200nm宽范围内的调控。种子生长的方法将种子的成核阶段与生长阶段分开,容易实现实验参数的调控。进而比较容易地制备出具有所需要尺寸以及SPR的银纳米片。二维结构的银纳米片是高度各向异性生长的结果。通过调控试验参数,研究了银纳米片二维生长机理。盖帽试剂的晶面选择性吸附对银纳米片的二维生长几乎没有影响。而银纳米片中存在层错缺陷结构能够使银在层错缺陷处快速生长。层错缺陷所导致的孪晶结构是线状形式暴露在外面,决定了银纳米片沿着二维方向生长。在种子的制备过程中,还探讨了层错缺陷结构的产生机理,我们提出了取向性连接(orientationattachment)的聚集融合过程是层错缺陷结构产生的关键。具有在宽范围(485-1200nm)内可调控的SPR,银纳米片是研究SPR依赖的SERS性能的理想材料。由于耦合效应,银纳米粒子聚集体能够获得极大增强的SERS信号。随着银纳米片尺寸的增加(SPR红移),聚集体的SERS信号也变得越来越强。这是由于大尺寸的银纳米粒子具有较强的耦合效应。而对于稳定的分散状态的银纳米片作为SERS增强基底时,SERS性能表现出强烈的SPR依赖特性。激发光与SPR波长接近时,能够激发银纳米片的SPR,表现出优异的SERS性能。当用633nm激光进行激发时,与其他增强基底相比,在614nm的SPR的银纳米片上得到的SERS增强强度是其他基底所获得的增强强度的100倍左右。这为构造高活性SERS基底而如何选择合适的激发光与合适的SPR提供了选择的基本原则。
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