【摘 要】
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拉曼光谱是分子振动光谱,由于散射信号弱从而限制了其应用,而表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)光谱克服了散射信号弱的缺点。目前SERS技术已成为一种高效的分析检测技术,具有灵敏性高、快速检测和不受水相干扰等优点,在环境监测和食品安全等领域得到广泛应用。与SERS应用的研究进展相比,SERS机理的研究存在争议,这是因为入射光、吸附分子和金属
【基金项目】
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国家自然科学基金(极端条件分子间作用力的高分辨拉曼光谱原位在线监测);
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拉曼光谱是分子振动光谱,由于散射信号弱从而限制了其应用,而表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)光谱克服了散射信号弱的缺点。目前SERS技术已成为一种高效的分析检测技术,具有灵敏性高、快速检测和不受水相干扰等优点,在环境监测和食品安全等领域得到广泛应用。与SERS应用的研究进展相比,SERS机理的研究存在争议,这是因为入射光、吸附分子和金属纳米颗粒之间的相互作用非常复杂,需要新的研究方法来探究金属表面与吸附分子之间的相互作用,进一步完善SERS机理。而拉曼非一致效应(Non-coincidence effect,NCE)用于研究分子间作用力,基于拉曼非一致效应可以研究吸附分子在金属表面的分子取向或成键情况。本论文利用偏振拉曼光谱技术和密度泛函理论(Density functional theory,DFT)探究了银溶胶与含氮化合物(吡啶和孔雀石绿)之间的相互作用,主要的研究内容如下:1.通过化学还原法制备了所需的银溶胶。利用偏振拉曼技术,探究了吡啶/水二元体系的浓度效应和NCE现象,研究发现随着不断稀释吡啶,非对称环变形振动和环呼吸振动向高波数方向移动,且νNCE基本保持不变。通过DFT计算获取了吡啶-水团簇((Pyd)2(H2O)n)的几何结构和计算光谱,两个吡啶分子与水分子之间形成的氢键维持了吡啶二聚体结构的稳定,解释了νNCE保持不变的实验现象;随着水分子的加入,计算光谱中非对称环变形振动和环呼吸振动向高波数方向移动,与实验现象吻合,证明了团簇模型的合理性。在此基础上,以银溶胶为SERS基底,研究了吡啶/银溶胶体系的浓度效应和NCE现象,研究发现随着不断稀释吡啶,环呼吸振动的νNCE出现了先增大后减小的现象,该现象与银溶胶的浓度有关,并提出了猜测的结构模型。2.采集了四种不同浓度的孔雀石绿水溶液的偏振拉曼光谱,研究表明H–C–C面内弯曲振动、N–C伸缩振动和C–C伸缩振动没有出现频率偏移,也不存在NCE现象。在此基础上,以银溶胶为SERS基底,采集了孔雀石绿/银溶胶体系的偏振拉曼光谱,研究发现上述振动模存在向低波数方向移动的现象,且νNCE为-1~-3 cm-1;通过计算孔雀石绿在孔雀石绿/银溶胶体系中体积分数为0.10时振动模的增强因子,猜测孔雀石绿分子可能是以两个二甲氨基的一侧垂直吸附在银纳米颗粒表面;结合键的力常数与振动频率之间的关系,解释了H–C–C面内弯曲振动、N–C伸缩振动和C–C伸缩振动的频率向低波数方向移动的原因。
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