三维海绵状氧化锌/银纳米颗粒复合SERS基底制备及应用

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表面増强拉曼光谱(SERS)技术经过半个世纪的发展,已经具有了相较于傅里叶红外光谱仪,色谱仪的较为突出的特点,包括高灵敏度,测试样品制备流程简单等。对于被研究的分子化学键结合方式和分子振动模式方面也有着显著的优势,特征性非常强,在材料、化学、生物、医药,环保等领域的应用也越来越普及。然而SERS技术的发展至今仍面临着一些难以逾越的阻碍,极低浓度限制,基底不能周期性使用,成本偏高等。所以为了解决存在的一系列问题,本论文中,制备三维海绵状的半导体氧化锌材料/银纳米颗粒复合结构作为表面增强拉曼基底,是通过刮膜法,高温煅烧法制备出的三维氧化锌海绵状结构,利用乙二醇的还原性把硝酸银还原为银纳米颗粒,颗粒尺寸在75nm左右,最后利用蘸取法沉积银纳米颗粒,制备了三维氧化锌/银纳米颗粒复合结构,并选用罗丹明溶液作为探针分子对这种复合结构的拉曼信号进行表征,最低检测限度达到10-11M,増强因子通过计算达到2×108,又利用半导体氧化锌的光催化性实现复合基底的重复利用。主要内容归纳如下:1、通过刮膜法,高温煅烧法制备出三维氧化锌海绵状结构,利用乙二醇的还原性把硝酸银还原为银纳米颗粒,尺寸75nm左右,最后利用蘸取法制备了三维复合结构,选用扫描电子显微镜,透射电子显微镜对基底的表面进行表征。XRD、EDS对基底材料的成分、晶格结构进行表征。制备出了高灵敏度的三维复合结构作为表面増强拉曼基底。2、选用罗丹明溶液作为探针分子检测复合基底的増强效果,最低检测限度达到10-11M,増强因子计算达到为2×108。为了具体的判断研究复合基底中存在的增强机制,利用FDTD计算模拟软件进行模拟,对单个银纳米颗粒,两个颗粒或三个颗粒进行激发电场分析,调整入射光的入射方向来判断银颗粒聚集数目对增强效果有无影响。同时对三个或三个以上的银颗粒的聚集进行模拟,发现拉曼增强效果显著优越于之前的模拟对象,因为单个颗粒表面的局域等离激元随着颗粒数目的增多而相互协同,共振效果进一步增强,实现对局域场强的增强。3、选用结晶紫、孔雀石绿、苏丹红1分别作为探针分子进行检测验证基底的普适性,基底的稳定性也在实验中证明得到一个突出的结果,半导体氧化锌提供的紫外光照射下的光催化性使得三维复合结构能够实现重复使用性。所以这种表面増强拉曼基底不仅制备方法简单,成本低,而且稳定性好,可重复使用,所以在化学、生物、医药、环保等领域中应用广泛。4、选用钛酸锌取代氧化锌作为基底的主要材料,利用相同的方法制备钛酸锌/银纳米颗粒的复合结构,选用罗丹明进行测试,验证基底的灵敏度性质。同时选用结晶紫,孔雀石绿来验证基底的普适性和进一步验证基底的灵敏度。
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