金纳米结构材料的制备及其表面增强拉曼光谱研究

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本论文利用溶液化学法、通过控制合成工艺条件发展了金纳米棒及金-二氧化硅核壳纳米材料的可控制备方法,制备出具有优良SERS性能的金纳米结构材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见光谱仪和拉曼光谱仪分别对合成产物进行了SEM、TEM、光学和SERS性能测试,筛选出具有最佳SERS效应的金纳米材料,最后探讨了金纳米结构材料的形貌、尺寸对SERS增强效应的影响关系。具体内容如下:   (1)经进一步改进种子生长法制备了五种不同长径比(R=2.06-4.58)的金纳米棒,并通过界面自组装的方法将金纳米棒组装成膜。研究了溶液中和成膜后的五种不同长径比金纳米棒紫外吸收特征,以期得到其表面等离子体共振(SPR)性质。结果表明溶液中的金纳米棒表现出两个明显的横向和纵向的SPR共振峰,且随着长径比的增大其纵向的SRP峰有明显的红移;而不同长径比的金纳米棒薄膜的光吸收表现出一个较宽的SPR谱带,谱带变化不明显。以罗丹明6G(R6G)和对氨基苯硫酚(p-ATP)为探针分子,研究了SERS效应和金纳米棒长径比之间的关系。即随着金纳米棒长径比的减小其薄膜的SERS增强效果逐渐增大,长径比最小(R=2.06)的金纳米棒薄膜SERS增强效果最好;并且在两种不同激发光(532 nm和780 nm)下均有相同的规律。   (2)利用溶液法快速合成直径约40 nm的金纳米球,在外包覆SiO2壳层,通过调节加入硅源的量,制备四种不同壳层厚度的Au@SiO2核壳结构材料。以结晶紫(CV)为探针分子,研究了不同层厚的Au@SiO2核壳纳米粒子SERS效应及其变化规律。实验结果表明,SiO2壳层越薄,核壳纳米粒子的拉曼增强效果越好。此外,以最佳SERS增强效果的核壳纳米粒子作为基底,对农药西维因进行了检测,其检测溶液可低至10-5 mol/L(2 mg/Kg)。这一浓度低于国家标准中规定的粮食和水果中西维因最低残余量。结合便携拉曼光谱仪该基底有望用于农残的现场快速检测。   (3)在以上实验的基础上,将SiO2壳层厚约20 nm的Au@SiO2核壳结构材料自组装到硅片上,用反应离子刻蚀系统将SiO2壳层进行刻蚀,通过控制刻蚀时间得到4种不同SiO2层厚的核壳纳米粒子。以CV为探针分子,对四种不同SiO2壳层厚度的核壳纳米粒子进行SERS性能测试,结果表明,随着刻蚀时间的延长,基底的拉曼增强效果逐渐增强,这是因为SiO2层厚逐渐变薄,金纳米核的SERS长程增强逐渐增强。
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