利用可控尺寸纳米粒子优化过渡金属SERS基底

论文摘要

金纳米粒子具有特殊的物理化学性质,化学性质稳定,这样就使得纳米金在生物传感器、光化学和电化学催化等领域得到广泛应用。然而球形纳米金随着粒径的增大,其均匀性和分散性变差,并且容易发生聚沉现象。所以有关粒径大、并且均一性好的金纳米粒子的合成研究就成为了目前人们关注的焦点之一。过渡金属具有弱的表面增强拉曼散射（SERS）效应。为了进一步提高过渡金属的增强能力,人们发展了“借力法”过渡金属增强技术方案。该方案将薄的过渡金属层覆盖到具有强增强能力的SERS基底上,利用内层金属电磁场增强的长程性使外层过渡金属上吸附分子的拉曼信号得到增强。最初在粗糙无序的金电极基底上电沉积过渡金属薄层,后来发展到利用均匀性的金纳米粒子,通过过渡金属包裹金形成“核-壳”结构的纳米粒来优化过渡金属的增强能力。本论文合成了尺寸较大的球形金纳米粒子,以图进一步优化过渡金属的增强能力,具体的研究成果如下:（1）优化了大尺寸球形纳米金颗粒的合成方法。在原来种子法合成均一的纳米金颗粒的基础上,作者通过改变反应的级数（由两级到三级）,改变种子所处的环境,改变加入氯金酸的速度,改变氯金酸和盐酸羟胺物质的量的比例,改变最终金原子的物质的量浓度这些影响因素,来优化和改进合成粒径大于100 nm的球形金纳米颗粒。我们合成出来的金溶胶具有良好的均匀性和单一性,且在-4℃的冰箱放置了数月之后仍然具有良好的单一性。（2）利用所合成的金纳米颗粒优化过渡金属SERS增强能力。首先讨论了凝聚态的金纳米颗粒的SERS增强效果。把合成好的金纳米颗粒装在小离心管里用离心机进行浓缩离心三次,取第三次离心好的浓缩金纳米颗粒用移液枪滴加在干净的玻碳电极上,真空干燥之后发现电极表面会是金黄色的一层,如果滴加的金颗粒不足可以重复多次以上步骤。作者分别做了50 nm,80 nm,115 nm,130 nm,160 nm这五个粒径浓缩态的金纳米颗粒修饰的玻碳电极。然后用吡啶分子为信号分子进行SERS检测,发现随着50 nm到130 nm粒子的增大SERS信号增强,从130 nm到160 nm粒子增大SERS信号反而减弱。其次采用恒电流的方法在SERS信号最强的130 nm修饰的电极上沉积上不同厚度的过渡金属,分别是1.5单分子层（ML）,5 ML,10 ML,20 ML,40 ML。用循环伏安法来检测沉积上的过渡金属是否出现“针孔”,结果最薄的1.5 ML的钯都没有出现针孔。再次用吡啶分子来检测不同厚度的钯表面的SERS效果。结果发现随着过渡金属层厚度的增加,SERS效应逐渐减弱,1.5 ML厚度的钯具有最强的增强效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 拉曼光谱及表面增强拉曼光谱
• 1.1.1 拉曼光谱
• 1.1.2 表面增强拉曼光谱的发现及发展
• 1.1.3 表面增强拉曼光谱的增强机理
• 1.1.4 表面增强拉曼光谱活性基底的制备
• 1.1.5 表面增强拉曼光谱的应用
• 1.2 谱学电化学简述
• 1.2.1 谱学电化学的发展
• 1.2.2 电化学表面增强拉曼光谱的简述及其发展
• 1.2.3 主要应用
• 1.3 金纳米材料
• 1.3.1 金纳米材料的制备
• 1.3.2 金纳米颗粒的应用
• 1.4 本论文的研究目的和设想
• 第2章 金纳米粒子的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂及仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 不同大小的金颗粒的制备
• 2.3 TEM 样品的制备
• 2.4 金纳米粒子的表征
• 2.4.1 紫外–可见吸收光谱表征
• 2.4.2 透射电镜（TEM）表征
• 2.5 结论
• 第3章 金米颗粒优化过渡金属SERS 增强能力
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及实验试剂
• 3.2.2 SERS 基底的制备
• 3.2.3 凝聚态纳米颗粒的尺寸对SERS 的影响
• 3.2.4 电化学沉积
• 3.2.5 吡啶在不同厚度的钯表面的SERS 光谱
• 3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢