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半导体及过渡金属离子掺杂半导体作为SERS基底及其增强机理的研究

薛向欣  
【摘要】:表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)由于其高的检测限、高的灵敏度而成为一种非常重要的分析工具。由于增强基底的匮乏而限制了SERS的应用,因此对表面增强拉曼光谱的基底研究最有非常重要的科学意义。本文主要研究了几种半导体及半导体掺杂纳米材料作为SERS活性基底,并对其增强机理进行了研究,取得了一些创新性成果,主要内容包括: 1.采用溶胶-凝胶法合成了不同尺寸的TiO_2纳米粒子,尺寸分别为:6.8、8.6、10.9、12.8和14.2nm。我们不仅观察到了TiO_2纳米粒子尺寸依赖的SERS效应,同时首次观察到了TiO_2纳米粒子本身声子模式振动的尺寸依赖效应。研究了这种“共增强”效应的增强机理。 2.我们合成了Mn、Cu、Co和Mg离子掺杂的TiO_2纳米粒子,并且作为SERS活性基底进行研究。研究了不同掺杂离子、不同离子掺杂量对SERS现象的影响。观察到当Mn、Cu、Co和Mg离子掺入TiO_2纳米粒子并作为SERS基底时,一定量金属离子的掺杂浓度对SERS信号的增强具有促进作用。 3.为了进一步研究基底的增强效应,我们合成了Co、Ni离子掺杂的ZnO纳米粒子,并将其作为SERS基底进行研究,发现当离子掺入ZnO后SERS信号显著增强。离子的掺杂影响着ZnO的表面缺陷浓度,从而影响SERS信号的强度。研究结果表明,金属离子掺杂能够丰富半导体纳米粒子的表面缺陷态,从而使电子可以从半导体的价带激发到半导体的表面缺陷态能级上,而使电子从ZnO纳米粒子的价带跃迁到吸附分子的LUMO能级成为可能,发生电荷转移过程。


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