基于Au@Ag纳米复合结构的LSPR调控用于SERS光谱研究

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表面增强拉曼散射(SERS)是一种能够单分子检测的超灵敏方法,已被证明是对环境污染物进行生物传感或痕量检测的强大工具。SERS是指纹光谱法,具有获取分子水平结构特征的能力。SERS的产生是由于入射光与贵金属基底之间的表面等离子体共振(SPR),即电磁场增强机制,这是研究界广泛接受的主要理论。SPR包含两种类型的表面等离激元:一种是局域表面等离激元,是指基体表面或纳米尺度间隙中会产生相干电子振荡;另一种是表面等离激元极化子,是指在表面上以纵波方式发生的相干电子振荡。为了获得极高的内生电场(EF),必须实现优异的SPR效果。贵金属纳米材料,由于它们的局域表面等离子体共振(LSPR)的光学特性可进行调谐而受到大家的关注,并且由于金属之间的协同作用,双金属纳米材料会极大地提高表面电磁场强度。特别地,可以通过改变拉曼基底状态来控制信号增强,从而通过结合拉曼标记分子来获得检测物目标浓度。本文主要基于金银纳米壳层结构,分别与氧化石墨烯和金纳米粒子结合成复合结构。并对其光学性能以及SERS光谱增强进行研究:(1)采用连续还原法制备了金银壳层结构,在金纳米粒子的合成过程中,柠檬酸钠充当还原剂,通过改变柠檬酸钠的添加量可以改变合成金纳米粒子的大小。以金纳米粒子作为种子材料,合成金银壳层结构,银壳层的厚度可以通过调节硝酸银的添加量进行改变,实现了金银纳米粒子尺寸的调控,进而实现了金银纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)特性的调节。将合成的金银纳米粒子负载到氧化石墨烯上,使得材料的稳定性得以提升,通过改变氧化石墨烯负载金银纳米粒子的密度,可以改变金银纳米粒子之间的距离。并且以氧化石墨烯负载的金银纳米材料作为增强基底,对于罗丹明6G(R6G)的检测限可低至10-12M,证明了材料具有良好的SERS增强效果。(2)以前面制备的金银纳米壳层结构为种子材料,在其表面原位生成了金纳米粒子。由于金纳米粒子在表面的存在,使得材料具有双重耦合作用。并且通过减少金银纳米壳层结构的添加量,可以改变金纳米粒子的生长密度,进而改变材料的粗糙程度以及其光学特性。经过测试可知,材料具有良好的均匀性与稳定性,并且通过拉曼检测证明了其具有良好的SERS性能。通过对金纳米粒子的时域有限差分发(FDTD)电场模拟,直观的说明了金属纳米粒子的尺寸以及距离对金属纳米材料局域表面电场强度的影响。通过手持拉曼测试平台的搭建,说明了SERS检测在实际生活中可具有一定的应用性。
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