单分子及卤素离子的光谱学特性研究

论文摘要

通过研究单分子可以更好的解释表面增强拉曼光谱的增强机制,所以现在单分子的研究是表面增强拉曼光谱学研究的热点,可以通过不同的实验方法来提高单分子研究的灵敏度主要是提高基底的增强效果。实验发现卤素离子和银胶的作用可以作为单分子的增强基底,提高单分子SERS研究的增强效果。探测单分子的研究主要是如何获得更好的增强基底,以下从两个方面来讨论单分子实验所用的基底的特性。在各种光谱检测技术中,表面增强拉曼光谱作为一种单分子检测技术手段有着极其广泛的应用,主要是因为染料分子的灵敏度高和拉曼光谱检测时的荧光淬灭特性;适用于研究某些分子的表面特性和分子与基底表面相互作用的原理分析。这是因为拉曼光谱不仅可以提供分子结构的有关信息,而且还能提供界面与分子间作用机理的丰富信息。当我们选择适当的激光作为光源,与被检测的分子能级可能会产生共振,形成表面增强共振拉曼散射光谱,这已经成为检验出单分子水平上拉曼光谱的有效手段。氯离子与银颗粒之间的具体作用机制研究已经被作为一个新的领域,并且用来探究单分子的表面增强拉曼原理。在大多的实验现象中看到,卤素离子加入银胶后会引起银纳米颗粒表面增强机制变化等方面的不同,引起单分子研究中的增强基底的变化。本文利用化学还原法制备出不同尺度的银纳米颗粒胶体,借助透射电子显微镜、拉曼光谱、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱等手段,研究了几种不同的卤素离子加入到银胶中对银颗粒尺寸、形貌、粒径分布和外加物质对胶体的光吸收和表面增强拉曼光谱信号的影响。通过实验可以看到,卤素离子的加入会引起胶体中银颗粒的凝聚从而形成聚集体,引起银纳米粒子本身的形貌发生改变,造成银胶的本征吸收光谱峰位发生“蓝移”,并且在近红外区银胶体系光吸收检测出新的峰。在银胶-卤素离子体系中,检测出拉曼光谱信号,在不同的激发波长下拉曼峰位有所不同。本文对拉曼光谱产生的机理进行了分析。本论文接下来的实验中,我们用脉冲激光沉积制备镀银模板,经过化学腐蚀制备出了针尖结构的增强基底,作为实验衬底测量了吸附它上面的高灵敏性的罗丹明B分子,这种基底提供了一种新的可能性为研究其它高SERS活性的分子的吸附行为。单分子水平上罗丹明B拉曼光谱学研究将对表面科学,分子生物学等研究提供一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 综述部分
• 第一章 金属纳米颗粒的研究进展及趋势
• 1.1 纳米金属颗粒的结构和特性
• 1.1.1 纳米材料的表面效应
• 1.1.2 纳米材料的小尺寸效应
• 1.1.3 纳米材料的量子尺寸效应
• 1.2 金属胶体的性质及研究方法
• 1.2.1 纳米贵金属胶体的基本性质
• 1.2.2 纳米贵金属胶体的光谱学特性研究
• 1.2.3 纳米贵金属胶体研究方法简介
• 1.2.4 纳米贵金属胶体在拉曼光谱中的应用
• 1.3 金属溶胶吸附阴离子的制备研究
• 第一章 参考文献:
• 第二章 表面增强拉曼散射（SERS）
• 2.1 SERS简介
• 2.2 SERS的理论模型
• 2.2.1 SERS的物理类模型
• 2.2.2 SERS的化学类模型
• 2.3 SERS光谱作为单分子研究的一个重要手段的简要介绍
• 第二章 参考文献
• 第三章 紫外－可见吸收光谱简介
• 3.1 紫外--可见光吸收光谱的特点简述
• 3.2 光的吸收定律—Lambert-beer定律
• 3.3 测定方法及应用
• 3.4 纳米贵金属胶体的光吸收与反常光吸收现象
• 第三章 参考文献
• 实验与研究部分
• 第一章 卤素离子对银胶全波段光吸收谱的影响
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 实验原料
• 1.2.2 实验仪器
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 卤素离子对灰银胶中银颗粒的存在状态的影响
• 1.3.2 卤素离子对灰银胶的光吸收曲线的影响
• 1.4 结论
• 第一章 参考文献
• 第二章 胶体体系中阴离子与胶体颗粒相互作用的拉曼光谱的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 利用514.5nm可见光激发检测混合体系的拉曼光谱
• 2.3.2 利用785nm近红外光激发检测其银胶的混合体系的表面增强拉曼光谱
• 2.4 结论
• 第二章 参考文献
• 第三章 单分子水平上罗丹明B（Rh-B）在高灵敏度的基底上的SERS光谱探究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 试剂和材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 制备纳米针尖结构
• 3.3.2 计算银尖结构的SERS光谱的增强因子
• 3.3.3 不同的基底上的罗丹明分子的SERS强度对比
• 3.3.4 理论分析针尖结构基底上的SERS增强机制
• 3.4 结论
• 第三章 参考文献
• 第四章 单分子表面增强拉曼光谱增强基底的探究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 试剂和材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 阳极氧化铝模板的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阳极氧化铝模板的形貌表征
• 2O₃组装体的沉积'>4.3.2 Fe粒子/Al₂O₃组装体的沉积
• 2O₃ 自组装体的生长的影响'>4.3.3 不同沉积时间对Fe粒子/Al₂O₃自组装体的生长的影响
• 4.4 结论
• 第四章 参考文献
• 第五章单分子研究展望
• 附录 攻读硕士期间论文发表情况
• 致谢