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Au@TiO_2核壳纳米粒子及钛电极体系的表面增强拉曼光谱研究

秦维  
【摘要】: 表面增强拉曼光谱(SERS)技术是检测界面物种的高灵敏度谱学技术之一,在研究金属的表面过程、界面结构等方面具有独特的优势。随着钛金属在航天、航海、石油等领域的广泛应用,利用SERS技术研究钛金属的表面行为,特别是研究关于钛金属的腐蚀、表面分子的吸附行为等显得十分重要。TiO_2是钛的重要氧化物,是催化领域里倍受关注的绿色光催化剂。利用SERS检测TiO_2表面分子构型及研究催化反应历程具有重要意义。本论文主要通过合成Au@TiO_2核壳纳米粒子,借助内核巨大的SERS效应研究光催化过程,发展新型表面粗糙技术将SERS拓展到Ti电极,所得主要研究结果如下: 利用聚电解质正负电性静电吸附的包裹原理,首次将金纳米组装至硅片上,成功的制备出分散性、稳定性、壳层规整性都非常好的Au@TiO_2核壳纳米粒子,并且作了大量的分析表征工作。结果表明本文的包裹方法十分有效、并且适合大量投入制备。 结合拉曼光谱研究了Au@TiO_2纳米粒子内核的SERS增强长程作用、外壳的衰减作用、壳层水解过程等,发现TiO_2厚度增加导致SERS信号的衰减,并且壳层中存在“针孔”效应,TiO_2水解成核过程出现空间伸展等。亚甲基蓝光催化反应研究表明Au@TiO_2纳米粒子具有良好的催化活性,并且能够结合SERS技术研究TiO_2催化反应。 尝试钛电极的各种粗糙方法,利用高灵敏度的共焦显微拉曼谱仪成功的获得吡啶分子吸附在粗糙钛电极上的SERS信号。研究表明,采用氢氟酸刻蚀可获得具有SERS活性的粗糙钛电极,并且刻蚀浓度为0.33%(wt),刻蚀时间为5分钟时信号最佳,粗糙钛电极表面增强因子G大约为两个数量级。


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