银纳米材料的制备及其表面增强拉曼光谱研究

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表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)是伴随着多学科发展而兴起的一种分析检测技术,在分子定性、定量分析等方面具有高灵敏度并且可以提供分子的结构等信息。SERS具有简单、快速以及高灵敏度等优点,在生物医学、食品安全、医药卫生等方面应用广泛。如何获得具有超高灵敏度和重现性良好的SERS基底是SERS检测技术也面临的两个主要挑战。相比较于其他贵金属纳米材料,银纳米材料的表面形貌和结构易于控制同时银纳米材料具有较强的增强因子,因此银纳米材料在SERS领域有着广阔的应用前景。然而,由于光滑的银纳米线的光耦合现象被局限在银纳米线的两端和交叉处,大大减弱了SERS基底的“热点”分布。因此,通过物理或化学方法在银纳米线的表面制造出更多分布均匀的“热点”,获得重现性和信号稳定性良好的SERS基底就显得十分重要。本文通过多元醇法制备出了高长径比和高产率的银纳米线。同时,对多元醇法制备银纳米线的反应温度、PVP和AgNO3的摩尔比、CuCl2·2H2O和AgNO3的摩尔比以及反应时间等因素对银纳米线形貌的影响进行了探究。并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光谱仪(UV-vis)和X-射线粉末衍射仪(XRD)等仪器对多元醇法制备的银纳米线进行了表征。经过参数优化后的多元醇法制备的银纳米线的长度约为20-30μm,直径约为70-80 nm,具有较高的长径比。为了进一步增加银纳米线SERS基底的活性,通过室温下温和的刻蚀剂Fe(NO3)3对光滑的一维银纳米线的表面进行化学刻蚀,增加更多的“热点”。通过调节刻蚀剂Fe(NO3)3的用量得到表面被均匀刻蚀的波纹状银纳米线。通过对罗丹明B探针分子的SERS检测结果分析可得,波纹状的银纳米线SERS基底比光滑的银纳米线SERS基底的拉曼信号强度提升了 3-5倍。因此,通过化学刻蚀制备的波纹状银纳米线可以作为一种有效的SERS活性基底。树枝状的银纳米材料具有多级分层结构,相互之间可以形成更多的微纳米空隙,在入射光的作用下能够有效的激发表面等离子体,可以进一步提高拉曼信号的强度。通过氧化还原反应,采取锌粉作为还原剂和硝酸银制备树枝状的银纳米结构。可以观察到树枝状的银纳米结构具有三级分层结构。通过对罗丹明B探针分子的SERS检测结果分析可得,树枝状的银纳米结构SERS基底比光滑的银纳米线SERS基底拉曼信号强度有明显的提升。为了考察树枝状银纳米结构的灵敏度,对罗丹明B探针分子进行检测,其检出限可达10-10M,可以实现对罗丹明B分子的痕量、快速检测。
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