貴金屬納米結(jié)構(gòu)的制備及表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)性能研究.pdf

1、由于具有高靈敏性、高可重復(fù)性以及低的分子檢測(cè)限等優(yōu)勢(shì)，表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù)近年來引起人們極大的關(guān)注，目前，在成像、催化、信息存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。憑借優(yōu)異的局域表面等離子共振(LSPR)效應(yīng)，金、銀等貴金屬納米材料被廣泛應(yīng)用于SERS活性基底的制備研究。研究表明，金、銀等貴金屬納米粒子的組成、形狀以及尺寸等因素對(duì)于SERS活性基底的LSPR性質(zhì)具有十分明顯的影響。本文的主要目標(biāo)是制備并研究具有優(yōu)異LSPR

2、性質(zhì)與SERS增強(qiáng)性能的貴金屬金、銀納米活性基底，具體考察了前驅(qū)體濃度、種子含量、反應(yīng)時(shí)間以及負(fù)載基底種類等工藝條件對(duì)貴金屬納米粒子形狀、尺寸以及密度分布等參數(shù)的影響，進(jìn)而對(duì)其LSPR性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控。最后，采用羅丹明6G作為探針分子進(jìn)行SERS性能研究，主要研究結(jié)果如下：
　　首先，文中通過種子生長(zhǎng)法制備了具有不同形貌與殼厚的Au@Ag核殼納米粒子，合成過程中采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)以及十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)作

3、為表面活性劑，以抗壞血酸(AA)與硼氫化鈉(NaBH4)為還原劑，氯金酸(HAuCl4)和硝酸銀(AgNO3)溶液為貴金屬前驅(qū)體。通過改變前驅(qū)體濃度以及 Au種子含量對(duì)核殼結(jié)構(gòu)尺寸、形狀以及銀殼厚度進(jìn)行調(diào)控，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在HAuCl4溶液濃度為0.2mM，AgNO3溶液含量為125μL以及Au種子含量300μL的條件下，合成的核殼結(jié)構(gòu)中Ag殼厚度可達(dá)到8.5nm左右，其膠體溶液的等離子特征吸收峰由雙峰(Au、Ag)轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏?Ag)，

4、并具有最佳的SERS增強(qiáng)效果，R6G探針分子的最低檢測(cè)限可達(dá)10-9M。
　　其次，文中首次利用亞硫酸金鈉(Na3Au(SO3)2)溶液作為前驅(qū)體制備了具有眾多尖角結(jié)構(gòu)的星狀A(yù)u納米粒子，合成過程采用種子生長(zhǎng)法，以CTAC作為表面活性劑，AA和NaBH4作為還原劑，通過控制前驅(qū)體含量制備不同尺寸、形狀以及分布的星狀A(yù)u納米粒子。采用時(shí)域有限差分(FDTD)方法對(duì)星狀A(yù)u納米粒子周圍的電磁場(chǎng)增強(qiáng)情況進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在Na3A

5、u(SO3)2溶液含量為150μL，負(fù)載基底選用200nm厚度Au膜的條件下，星狀A(yù)u納米粒子尺寸分布均一，尖角分叉結(jié)構(gòu)較多，納米粒子間距較近，并顯示出較寬的等離子共振吸收峰，此時(shí)SERS性能最優(yōu)。R6G探針分子的最低檢測(cè)限可達(dá)10-14M，增強(qiáng)效果十分突出。
　　最后，文中利用金屬Cu膜和貴金屬Ag之間的電流置換反應(yīng)制備了負(fù)載在Cu膜表面的花狀A(yù)g微納結(jié)構(gòu)，通過控制AgNO3濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)花狀結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀進(jìn)行調(diào)控，并探討了

6、其反應(yīng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在AgNO3濃度為0.01M以及反應(yīng)時(shí)間為1min的工藝條件下，花狀A(yù)g微納粒子尺寸分布均勻，密度較大，其形狀由數(shù)個(gè)納米尺寸的Ag納米片層自組裝構(gòu)成，單個(gè)花狀粒子尺寸可達(dá)10μm左右，并且結(jié)晶性能良好。最后，將三種貴金屬納米結(jié)構(gòu)(Au@Ag核殼納米粒子、星狀A(yù)u納米粒子以及花狀A(yù)g粒子)作為SERS活性基底進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明SERS增強(qiáng)效果以星狀A(yù)u納米粒子最為優(yōu)異，花狀A(yù)g粒子效果最差。此外，星狀A(yù)u納米