化学腐蚀法对银粒子形貌的调控及SERS性能研究

论文摘要

随着现代科学技术的发展,人们对分析技术的要求也逐渐提高,因此具有高检测灵敏度的表面增强拉曼光谱（SERS）近年来被广泛应用。由于表面增强拉曼散射效应的必要条件是制备具有纳米级粗糙度的金属基底,因此SERS活性金属基底的制备也成了研究的热点。本论文在化学还原法中用酸辅助制备出具有特殊形貌的由银纳米颗粒组装而成的微米级银颗粒,并用化学腐蚀法进一步调控银颗粒的微观形貌。以制得的银颗粒为SERS基底材料,对SERS基底的增强性能进行了检测分析。主要研究了反应物浓度、PVP、添加酸的种类、腐蚀剂的类型、腐蚀时间等实验条件对银颗粒形貌及性能的影响。采用SEM、XRD、SERS等表征技术对银颗粒表面形貌、晶型及结晶度和SERS增强效果进行测试和分析。在冰水浴的条件下选用抗坏血酸为还原剂还原硝酸银制备银颗粒,控制合适的反应物浓度制得了分散性良好的面心立方晶型微米级银颗粒。研究了反应过程中PVP及酸添加剂对产物形貌及性能的影响,添加PVP可使组成银颗粒的纳米粒子排列更加有序。在添加酸为柠檬酸、对甲基苯磺酸、磷酸的情况下制备出由纳米片组装而成的微米级银颗粒,其表面形貌分别类似于板栗壳、毛线团和杨桃。添加酸为对甲基苯磺酸时制得的表面由针状纳米片组装而成的银颗粒做基底时检测灵敏度可达到3.2×10-9 mol/L。用不同腐蚀体系对添加酸为柠檬酸时制得的银颗粒进行腐蚀,当腐蚀剂为HNO3时,腐蚀后银颗粒的表面粗糙度增加,且与腐蚀前相比其SERS增强效果有所提升。当使用HCl等腐蚀剂时,腐蚀后虽然银颗粒的形貌发生了较大的改变,获得了更丰富的表面形貌,但是其SERS性能有所降低。因此选用HNO3为合适的腐蚀体系,控制腐蚀时间来观察银颗粒形貌及SERS性能的变化,随着腐蚀时间的延长银颗粒表面的纳米颗粒逐渐被腐蚀掉,出现明显的缝隙及夹角,且Ag颗粒（111）晶面所占比例逐渐增加。腐蚀时间为8h时SERS增强效果最明显,与腐蚀前的银颗粒相比,其检测灵敏度提高了至少一个数量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 拉曼光谱与表面增强拉曼光谱
• 1.2.1 拉曼光谱的基本原理
• 1.2.2 表面增强拉曼光谱的增强机理
• 1.2.3 SERS的优缺点
• 1.2.4 SERS技术的应用
• 1.3 应用于SERS研究的贵金属颗粒
• 1.3.1 金属基底制备方法
• 1.3.2 银金属粒子的合成
• 1.3.3 组装纳米颗粒在SERS中的应用研究
• 1.4 化学腐蚀在SERS中的应用
• 1.4.1 化学腐蚀银电极做为SERS基底
• 1.4.2 利用化学腐蚀作用控制晶核结构
• 1.4.3 化学腐蚀法调控银粒子的形貌的研究现状及分析
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 实验材料及实验方法
• 2.1 实验所用的试剂及仪器
• 2.2 实验样品的制备
• 2.2.1 银颗粒的合成
• 2.2.2 腐蚀方法调控银颗粒的形貌
• 2.2.3 SERS性能测试
• 2.3 样品表征
• 2.3.1 X射线衍射仪（XRD）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 拉曼光谱和表面增强拉曼光谱
• 第3章 银颗粒的合成与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 反应物浓度对银颗粒形貌及性能的影响
• 3.2.2 添加PVP对银颗粒形貌及性能的影响
• 3.2.3 添加酸对银颗粒形貌及性能的影响
• 3.3 SERS性能灵敏度测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 化学腐蚀法对银颗粒形貌及SERS性能的调控
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果及分析
• 3'>4.2.1 腐蚀体系为HN0₃
• 4.2.2 其他腐蚀体系
• 4.2.3 酸腐蚀时间的影响
• 4.3 酸腐蚀的SERS灵敏度测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢