分子自组装单层膜的表面增强拉曼光谱电化学研究

论文摘要

表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman scattering, SERS）技术是目前最常用的现场研究表面吸附和界面反应的谱学技术之一,把谱学方法与常规电化学方法相结合的谱学电化学是在分子水平上现场表征和研究电化学体系的新技术,它在研究电极表面吸附分子物种的取向和键接,鉴定参与电化学过程的分子物种等方面有突出优势。拉曼光谱以光子为探针,是研究表面物理、化学结构和性质的有力工具。分子自组装（self-assembled monolayers, SAMs）技术就是通过对自组装分子的设计,达到人为控制表面组成、结构及其功能化的目的。因此自组装分子在金属表面上所成膜的结构与性质、膜与金属表面之间的结合状态与机理的深入研究就很有必要。从此目的出发,主要开展了以下几方面的工作:本论文选用半胱胺为代表的端基功能化烷基硫醇衍生物,以及以核酸碱基（鸟嘌呤、腺嘌呤）为代表的生物分子为研究对象,采用合适的方法将其自组装到金和银电极表面,并现场表面增强拉曼光谱和电化学手段进行了表征。研究发现:表面吸附基团的拉曼谱峰随外界环境的变化可以作为推断分子吸附构型的直接证据。本论文还对吸附膜的稳定性和表面性质进行了研究,并对单层膜分子在电极表面的表面增强机理进行了详细的分析,给出了合理的理论解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章：绪论
• 1.1 表面增强拉曼散射光谱（SERS）的原理及其应用现状
• 1.1.1 表面增强拉曼散射光谱的基本原理
• 1.1.2 表面增强拉曼散射光谱的应用现状
• 1.2 自组装膜（SAMS）研究的概况
• 1.3 本论文主要研究工作
• 1.3.1 金电极表面半胱胺自组装单层膜构型、表面性质和稳定性的研究
• 1.3.2 半胱胺在金纳米粒子薄膜制备中起藕联作用的SERS 光谱表征
• 1.3.3 不同基底上的核酸碱基自组装单层膜的SERS 光谱表征
• 第二章：电极电位及溶液酸碱性对金电极表面半胱胺自组装单层膜构型影响的SERS 光谱研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 原位池
• 2.2.3 金表面的粗糙化及半胱胺单层膜的自组装
• 2.2.4 仪器及实验参数
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金电极表面的半胱胺自组装单层膜吸附构型的SERS 光谱表征
• 2.3.2 电位对修饰在金电极表面的半胱胺自组装单层膜构型的影响
• 2.3.3 溶液酸碱性对修饰在金电极表面半胱胺自组装单层膜构型的影响
• 2.4 小结
• 第三章：金电极表面半胱胺自组装单层膜表面酸碱性质的SERS 光谱研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第四章：金电极表面半胱胺自组装单层膜稳定性的光谱电化学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 金电极的预处理与半胱胺单层膜的自组装
• 4.2.3 实验仪器
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 半胱胺自组装单分子膜在酸碱性溶液中的脱附行为
• 4.3.2 半胱胺自组装单分子膜原位现场电化学SERS 光谱
• 4.4 小结
• 第五章：在金纳米粒子薄膜制备中起藕联作用的半胱胺单层膜SERS 光谱表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 金溶胶的制备
• 5.2.3 金电极表面半胱胺单分子层膜的制备及金纳米粒子的组装
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 金电极表面金纳米粒子自组膜中半胱胺藕联作用的SERS 光谱表征
• 5.3.2 腺嘌呤在金纳米粒子组装膜表面的 SERS 光谱
• 5.4 小结
• 第六章：金电极表面腺嘌呤自组装单层膜的电化学现场SERS 光谱研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂
• 6.2.2 金电极表面的粗糙化与腺嘌呤分子的自组装
• 6.2.3 仪器及实验参数
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 溶液酸碱性对吸附在金电极表面的腺嘌呤分子吸附构型的影响
• 6.3.2 金电极表面腺嘌呤单层吸附膜的电化学现场 SRES 光谱表征
• 6.4 小结
• 第七章：金、银电极表面鸟嘌呤吸附构型的SERS 光谱研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 试剂
• 7.2.2 金、银电极的粗糙化与鸟嘌呤分子的自组装
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 鸟嘌呤固体的拉曼光谱表征
• 7.3.2 Britton & Robinson （B &R）缓冲溶液中银表面吸附的鸟嘌呤的SERS光谱
• 7.3.3 磷酸缓冲溶液中银表面吸附的鸟嘌呤的SERS 光谱
• 7.3.4 Britton & Robinson （B &R）缓冲溶液中金表面吸附的鸟嘌呤的SERS光谱
• 7.3.5 磷酸缓冲溶液中金表面吸附的鸟嘌呤的SERS 光谱
• 7.4 小结
• 第八章：结论
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文录
• 致谢