【摘 要】
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表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman Scattering,SERS)是指分子吸附在某些金属、半导体、碳材料等纳米材料的粗糙表面时,拉曼散射强度大大增强的现象。SERS可以提供待测分子含量和结构信息,实现快速无损超灵敏检测。目前广泛接受的SERS机理是电磁增强和化学增强。前者的增强主要取决于表面等离子体与激发场之间的共振过程,当分子接近或吸附纳米材料表面时,会激发纳米材料
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表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman Scattering,SERS)是指分子吸附在某些金属、半导体、碳材料等纳米材料的粗糙表面时,拉曼散射强度大大增强的现象。SERS可以提供待测分子含量和结构信息,实现快速无损超灵敏检测。目前广泛接受的SERS机理是电磁增强和化学增强。前者的增强主要取决于表面等离子体与激发场之间的共振过程,当分子接近或吸附纳米材料表面时,会激发纳米材料的局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance,L5r SPR)。因此,局部电场强度增大,对拉曼信号有正向影响,局部电场强度与粒子的大小和形貌有关。后者的增强是由于底物和被吸附分子之间的共振跃迁引起的。当激发态能量满足基态到激发态的跃迁时,引起化学增强的电荷转移。随着目前SERS基底研究的发展,出现了一些新的SERS基底问题亟待解决,比如:仅依靠拉曼信号强度来表示污染物浓度的方法并不准确,金、银等贵金属颗粒长期受环境影响,导致表面部分被氧化失效;还有一些吸附能力较强的SERS基底,测试完的SERS基底仍残有目标分子,难以清理并会造成二次污染,等等。本文为针对以上SERS基底的问题进行研究,主要研究内容及成果如下:1.通过脱合金方法制备了WO3纳米片,并在100 Pa H2还原气氛下进行氧缺陷的引入,增强半导体基底的SERS性能和光催化活性;并在纳米片表面进行离子溅射,设置真空度为4-5 Pa,溅射电流为5-6 m A,溅射时间为5-40 s并球化退火,在表面形成均匀纳米颗粒,得到Au纳米颗粒修饰的WO3-x SERS基底,对其表征并进行性能测试,结果表明,该基底可以有效检测10-8 mol/L的R6G分子,并具有表面自清洁的能力和循环利用性,可在电极体系中通过降解的光电流密度对目标污染物分子实现定量检测。2.通过激光打印技术和原位离子交换法,将Ag纳米颗粒原位沉积在钨片表面,并可以实现高通量快速制备,并在拉曼性能测试中可以检测到10-8 mol/L浓度的R6G。3.利用TiO2纳米管阵列优异的光电性能和较大的比表面积,在TiO2基底上通过电化学吸附、原位离子交换和紫外辐照析出纳米银颗粒的方法,制备Ag/WO3/TiO2基底的SERS活性电极,并在对亚甲基蓝(MB)分子检测时,最低检测限达10-11 mol/L,同样由于该种基底更加突出的光电性能,Ag/WO3/TiO2基底的SERS活性电极同样表现出表面自清洁的能力和循环利用性,并通过电极体系可以实现对一定浓度范围内的MB分子实现精确定量检测。
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