基于装配金颗粒二氧化钛纳米棒薄膜的SERS基底的研究

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拉曼光谱是一种用于观测分子振动、转动以及其他低频模式的分光技术。它能够提供分子振动与结构的指纹图谱信息,可用于分子的检测与分析。但是大多数分子的拉曼截面都很小,拉曼散射信号的强度不高,这严重制约了拉曼光谱技术的应用与发展。1973年,Fleischmann及其同事首次观察到吸附于经电化学方法粗糙化处理过的银表面的吡啶分子,其拉曼散射信号将会大幅度的放大。后来人们把这一现象称为表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS),Fleischmann等人的这一伟大发现为科学家研究SERS效应和SERS基底打开了大门。许多文献均已证明,SERS效应可使原本微弱的拉曼信号增强数个量级,以此实现对低浓度的有机分子的高灵敏度检测。随着纳米技术的进步,许多研究人员都报道了一维半导体纳米材料装配贵金属纳米颗粒后可获得很强的SERS效应,可用于制作稳定性好灵敏度高的SERS基底。  本课题的研究目标是研发出一种新型 SERS基底,它基于二氧化钛纳米棒薄膜并装配有金纳米颗粒。我们利用水热法成功地在掺氟的二氧化锡(Fluorine-Doped Tin Oxide,FTO)玻璃表面制备出二氧化钛纳米棒薄膜。反应溶液中所加氯化钠的浓度对二氧化钛纳米棒的生长状态和表面形貌有着显著的影响。我们分别利用物理溅射法和柠檬酸三钠还原法两种手段在二氧化钛纳米棒薄膜表面装配上金纳米颗粒。场发射扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscope,FESEM)的图像显示使用后一种方法金颗粒的分布更加均匀,更符合预期。罗丹明6G(Rhodamine6G,R6G)作为探针分子被引入到关于该新型 SERS基底的拉曼属性的研究之中。通过拉曼散射实验,证明了该基底可将拉曼散射信号的幅度放大数个量级。而且,该 SERS基底还具有良好的光催化特性,可用作光催化剂降解有机物分子。实验证明,把已做过拉曼检测的基底置于紫外光下照射12小时,绝大多数的R6G分子将被光催化分解,自清洁后的基底可吸附新的分子,重新用于拉曼检测。整个 SERS基底的制备过程工艺简单、成本低廉,所得到的基底具有很高的检测灵敏度(增强因子超过106)以及良好的可回收特性。
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