均匀SERS基底的制备表征和基于聚苯乙烯微球的拉曼增强效应及其应用于金单晶表面单层分子检测

摘要

表面增强拉曼光谱（SERS）由于具有较高的检测灵敏度和能够通过检测分子振动光谱获得物种的指纹信息等优点，目前在表面科学、分析科学和生物体系的检测等方面得到了广泛的应用。但是，SERS能否走向实际应用，很大程度上决定于SERS基底的活性（增强效应）、均匀性和稳定性。自从首次在电化学粗糙的Ag电极上获得SERS效应后，人们从未放弃过此方面的努力。与此同时，提高不具有增强效应的单晶表面拉曼光谱的检测灵敏度，也是拉曼光谱技术欲发展成为表面科学中重要的分析工具必须要解决的关键问题。因此，本论文工作的主要目的就是制备有序的SERS基底，提高SERS基底的均匀性，并利用聚苯乙烯微球所形成的纳米光束流的增强效应提高单晶表面吸附分子的检测灵敏度，主要研究内容和所取得的成果如下： （1）在导电玻璃（ITO）上溅射沉积铝膜，然后采用阳极氧化的方法制备有序的多孔氧化铝模板，对模板进行扩孔和溶解阻挡层，获得了直立于导电玻璃上并去除了阻挡层的有序阳极氧化铝模板。初步尝试了利用直流电沉积的方法在模板中沉积Au纳米粒子。 （2）首次采用模板辅助自组装聚苯乙烯（PS）纳米球结合真空溅射沉积金属的方法制备有序的SERS基底，并对基底的局域化表面等离子体共振（LSPR）、SERS活性以及均匀性进行了表征。当作为模板的PS纳米球的直径为400 nm，所沉积的金膜的厚度为50 nm时，可以获得高达107的增强效应，而且基底在120μ㎡面积范围内其信号强度偏差<15％，具有较好的均匀性。 （3）研究了聚苯乙烯（PS）微球在激光作用下所形成的纳米光束流的增强效应的影响因素，并利用该增强效应获得了吸附在单晶表面上具有共振增强效应的孔雀石绿分子增强的拉曼信号，获得了高达3个数量级的拉曼增强效应。开展了该分子在纳米光束流作用下的表面拉曼信号随电位变化情况的研究，在+0．2V时，得到最强信号，这与该分子在无增强效应的单晶电极表面得到的趋势一致。表明了利用纳米光束流的增强效应，可以在电化学原位条件下开展单晶表面上单层吸附分子的研究。 但是必须指出，由于受论文时间的限制和目前学校在真空沉积镀膜条件方面的限制，还无法获得高质量的膜，所以该论文的一些结果还非常初步。但是本工作为今后制备高度有序和高增强效应的SERS基底提供了有益的前期积累。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1-1表面增强拉曼光谱(SERS)

§1-1-1表面增强拉曼光谱的特点

§1-1-2表面增强拉曼光谱的增强机理

§1-2 SERS活性基底的制备

§1-2-1电化学氧化还原循环法(ORC)和真空沉积法制备SERS基底

§1-2-2化学合成金属纳米粒子作为SERS基底

§1-2-3有序SERS基底的制备

§1-3单晶表面的拉曼光谱研究

§1-4本论文的研究目的及设想

参考文献

第二章阳极氧化铝(AAO)模板法制备有序SERS基底

§2-1前言

§2-1-1氧化铝模板的制备及其结构特点

§2-1-2氧化铝模板纳米孔中金属的沉积

§2-1-3氧化铝模板的溶解

§2-1-4氧化铝模板法制备SERS基底的研究现状

§2-1-5实验设想

§2-2试剂和仪器

§2-3实验方法及结果

§2-3-1 ITO的清洗

§2-3-2磁控溅射成膜

§2-3-3制备氧化铝模板

§2-3-4氧化铝模板纳米孔中Au纳米粒子的沉积

§2-4本章小结

参考文献

第三章结合模板辅助自组装聚苯乙烯(PS)纳米球和真空沉积金膜法制备有序SERS基底

§3-1前言

§3-2试剂和仪器

§3-3实验方法及结果

§3-3-1模板辅助自组装PS纳米球

§3-3-2模板上溅射沉积金膜制备SERS基底

§3-3-3金三角形阵列及其AFM表征

§3-4本章小结

参考文献

第四章基于聚苯乙烯(PS)微球的拉曼增强效应及其应用于金单晶表面单层分子的检测

§4-1前言

§4-2试剂和仪器

§4-3实验方法及结果

§4-3-1激光作用下纳米光束流增强效应的影响因素

§4-3-2利用FDTD方法对PS微球进行理论模拟

§4-3-3纳米光束流对吸附在Au(111)表面上的分子的增强效应

§4-3-4吸附在Au(111)表面分子在纳米光束流作用下在电化学体系的响应

§4-4本章小结

参考文献

作者攻读硕士学学位期间发表与交流的论文

致谢