钨基氧化物SERS基底的构筑及其性能研究

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随着科学技术的飞速发展,推动了纳米材料制备方法的进步。与之相对应的,对纳米材料的检测分析技术也同步提升。其中一种非常灵敏的检测技术就是表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,简称SERS)技术,这种技术的高灵敏度体现在它的检测可以达到分子级别。目前SERS基底使用较广泛的还是发展相对成熟的贵金属基底(如金、银),但贵金属基底的成本与稳定性尚有待提高,在部分场合不能满足要求,这制约了 SERS技术在实际生活中的应用。近年来,随着各种半导体材料在SERS基底领域的逐渐应用,其优异的稳定性与低廉的成本引起了众多科研工作者的兴趣。在半导体材料中,钨基氧化物凭借其独特的稳定缺陷结构与光电特性,受到广泛关注。因此本文针对钨基氧化物中富含氧空位的三氧化钨以及Ag/WO2.72复合材料的水热法制备及其SERS基底的构筑展开研究,该基底实现了对SERS常见指示分子较低的检出限。通过水热法合成的氧化钨制备的SERS基底稳定性相比较于传统贵金属基底提升很大,随着对氧化钨研究的逐步深入,有望实现SERS基底的产业化生产。本文主要从以下两方面开展具体的研究:第一,利用酸辅助一锅法合成了富有氧空位的三氧化钨纳米片,经过SEM、TEM、XRD、XPS、UV-DRS等一系列手段对材料的形貌、元素、结构等进行了表征,通过溶液挥发自组装构筑了 SERS基底,并对结晶紫(CV)检出限达到10-5 M。同时采用了不同温度梯度的Ar/H2气氛下退火处理,用以提高氧空位的含量,结果发现该方法可以大大提高待测物信号的稳定性。我们考虑是缺陷能级的存在大大促进了半导体与分子间的电荷转移,进一步导致SERS基底上目标物信号的增强。而退火提高的是氧空位的含量,可以使信号更稳定。更有意义的是,氧空位调制方法可以广泛应用于半导体氧化物材料中,其化学增强能力可以通过人工氧空位来促进。第二,通过水热法合成了不同形貌的W18O49做前驱体。然后将硝酸银溶液加入前驱体溶液中伴随长时间搅拌得到了最终产物,在经过SEM、TEM、EDS和XRD等手段对材料的形貌结构和元素及其含量等进行表征后,证实了在不引入表面活性剂以及还原剂的情况下,一部分银离子被还原出来并附着在W18O49纳米线上,形成了Ag/W18O49复合材料。后经溶液挥发自组装得到了高效SERS基底,并对CV的检出限可达到10-6M。同时在该体系中我们发现硝酸银溶液的浓度有一个最优值并找出了该值,结合体系一中带氧空位的三氧化钨与硝酸银如此复合后效果不变,进一步说明该体系中优良的SERS增强效果是Ag与W18O49的共同耦合作用。
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