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几种有序表面增强拉曼散射基底的制备及其增强效应研究

傅小奇  
【摘要】: 表面增强拉曼光谱(SERS)技术克服了普通拉曼光谱存在的检测灵敏度低、易受荧光干扰的缺点,能在分子水平上直接给出表面吸附的分子结构、状态等重要信息。SERS基底直接关系着SERS增强效应的大小。高增强能力,可重复性,高均匀性的活性基底将得到极大的关注与发掘。传统的SERS基底(如:金属岛膜、化学刻蚀膜、化学沉积膜、金属溶胶等)都或多或少存在着重复性差、均匀性差、无序排列等缺点。这限制了SERS增强机理的深入研究和技术的广泛应用。因此构筑有序结构表面的SERS活性基底极为重要。 本论文用不同的方法构筑了几种有序结构表面的SERS基底,获得了在这些基底非常好的SERS结果。具体内容如下: 1.利用模板法制备了二维银纳米粒子薄膜,并以其作为SERS活性基底,研究了两种希夫碱探针分子在此薄膜上的SERS信号和效应。 我们采用经典的制备银溶胶的方法制备了具有尺寸均一、良好分散性的银溶胶溶液。基于模板法的原理,在玻璃、石英表面先构筑一单分子层的有机硅烷,然后采用自组装方法引入具有SERS高活性的银纳米粒子,来构筑具有二维纳米阵列的单层银纳米粒子薄膜表面。这种方法使银纳米粒子具有微米尺度的有序排列,达到可重复性,高均匀性活性基底的要求。同时我们合成了两种希夫碱分子,并讨论了这两种希夫碱分子吸附在银纳米粒子有序薄膜上的吸附行为以及SERS光谱。 2.制备了三种不同粒径、三种不同形貌的α-Fe203半导体纳米粒子薄膜,得到了高质量的4-Mpy分子在这几种薄膜上的SERS谱图。 基于模板法的原理,利用六亚甲基二异氰酸酯这种交联剂在玻璃、石英表面先构筑一单分子层,然后利用末端的异氰酸根自组装的方法引入α-Fe2O3纳米粒子,来构造具有有序排列的a-Fe2O3纳米粒子薄膜表面。4-Mpy分子吸附到a-Fe2O3纳米粒子薄膜的SERS信号增强最大可达104倍。分别比较了三种不同尺寸粒径、不同形貌α-Fe203纳米粒子组成的基底对于SERS噌强效应的影响。研究了半导体a-Fe2O3纳米粒子这种SERS基底的独特性质,扩宽了SERS基底的研究范围。通过分析,我们认为电荷转移增强为主要增强作用。 3.利用氧化石墨和金属离子盐制备了一种三明治结构薄膜基底。 在GO层中嵌入3-巯基丙基-三甲氧基硅烷,然后采用自组装方法引入银片和银纳米粒子,将此嵌入化合物组装成一种银片/GO/银纳米颗粒三明治薄膜结构。利用拉曼光谱对其测试,发现石墨烯这种大分子的拉曼信号在一些特定情况下也可以得到增强。这为大分子的SERS检测提供了一个可能性或渠道。并对进行增强理论研究。 4.我们在水-乙二醇体系中制备了负载金、钯纳米粒子的氧化石墨烯/石墨烯的复合物,并以此模型系统研究大分子石墨烯SERS增强理论。 金、钯前驱体离子盐很容易被乙二醇还原成金、钯纳米粒子,这些在氧化石墨烯片层上原位生长的纳米粒子又起着催化剂的作用,使氧化石墨烯在乙二醇溶液中发生部分还原为石墨烯。采用不同的激发光源照射制备的样品,我们得到了G-Au、G-Pd的SERS光谱。


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