Ag(Au)纳米粒子在分级结构氧化物半导体上的沉积及表面增强拉曼光谱研究

摘要

针对贵金属活性基底匮乏以及应用范围有限的缺点，本文开展了贵金属一半导体复合基底的表面增强拉曼散射(SERS)研究，具有重要的理论和实际意义。这一研究不仅丰富了SERS活性基底的种类，而且也拓展了SERS技术的应用领域，主要研究内容如下：
　　 1．利用原位控制种子生长的方法在制备的TiO2纳米管阵列的纳米管口和管的内壁均匀负载Au纳米粒子。并且，Au纳米粒子的尺寸大小可以通过改变生长时间来有效的控制。通过SEM和TEM来观察分布在管口和内壁的Au纳米粒子分布和大小情况。将制备的Au修饰的TiO2纳米管阵列作为基底应用于SERS测试，以Rhodamine6G(Rh6G)为探针分子，表现出极高的SERS增强效果。并且，该Au修饰的TiO2纳米管阵列基底具有较好的均一性和稳定性，在SERS分析后，可以通过光催化来使基底得到净化，从而可以进行下一次的SERS分析。通过类似的方法，同样制各了Ag修饰的TiO2纳米管阵列，并将其作为SERS基底进行测试，研究了其活性和稳定性。
　　 2．制备了单层多晶锐钛矿TiO2多孔纳米带，在甘油存在的条件下，以棒状的硫酸氧钛为釱源，通过简单的溶剂热方法得到钛与甘油复合前驱体，再经过焙烧后得到单层多晶锐钛矿TiO2多孔纳米带。这个多晶锐钛矿TiO2多孔纳米带由相互连接的TiO2纳米粒子组成的，这不同予以前报道的基于传统概念生长得到的单晶纳米带。在此多晶锐钛矿TiO2多孔纳米带上均匀负载Ag纳米粒子，将它作为SERS基底以对巯基苯胺(4-ATP)和Rh6G作为探针分子来研究其表面增强拉曼。研究结果表明，所制备的Ag修饰的单层多晶锐钛矿TiO2多孔纳米带具有较高的SERS活性，并且该SERS基底具有较好的均一性和稳定性。
　　 3．采用溶剂热的方法制备了TiO2纳米花阵列，并在TiO2纳米花阵列上生长ZnO纳米棒，制备出了ZnO/TiO2分级异质结构复合膜，又通过原位生成的方法在ZnO/TiO2分级异质结构复合膜的表面沉积了Ag纳米粒子，从而构筑了Ag修饰的ZnO/TiO2分级结构复合膜基底。采用4-ATP和Rh6G,作为探针分子，对该复合体的SERS活性进行了评价。实验结果表明，Ag/ZnO/TiO2基底表现出比单一的Ag/TiO2和AgZnO基底更好的SERS增强效果。
　　 4．以聚乙烯亚胺(PEI)作为结构导向剂，在表面活性剂柠檬酸钠存在的情况下，在水相中可控合成了不同聚集程度的Ag纳米粒子聚集体。在该反应体系中，表面活性剂既起到包覆Ag纳米粒子的作用，又可以阻止Ag纳米粒子的过度聚集，同时，PEI可以连接相邻的Ag纳米粒子。而Ag纳米粒子的聚集程度可以通过反应温度、时间等实验参数来调控。制备的Ag聚集体做为SERS基底表现出较高的SERS增强活性，并且其增强效果与Ag纳米粒子的聚集程度有很大关系。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 表面增强拉曼光谱(SERS)简介

1.2.1 拉曼散射

1.2.2 表面增强拉曼散射(SERS)

1.2.3 SERS的增强机理

1.2.4 SERS的优点

1.2.5 SERS的应用及其发展前景

1.3 SERS活性基底研究

1.3.1 金属SERS基底

1.3.2 半导体SERS基底

1.3.3 金属与半导体复合材料SERS基底

1.4 纳米材料简介

1.4.1 纳米材料的性质

1.4.2 半导体纳米材料性质

1.4.3 几种常见的半导体纳米材料

1.5 立题依据与研究内容

1.5.1 立题依据

1.5.2 研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验材料

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器及设备

2.2 表征方法

2.3 样品性能测试

2.3.1 SERS测试

2.3.2 光催化测试

第3章 Au(Ag)在TiO2纳米管阵列内的原位沉积生长及SERS研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 TO2纳米管阵列的制备

3.2.2 Au(Ag)纳米粒子种子在TiO2纳米管内的原位沉积

3.2.3 Au(Ag)种子在TiO2纳米管内的原位生长

3.2.4 SERS研究

3.3 结果与讨论

3.3.1 Au修饰TiO2纳米管阵列的形貌表征

3.3.2 Au修饰TiO2纳米管阵列的结构表征

3.3.3 Au修饰TiO2纳米管阵列的光学性质

3.3.4 Au修饰TiO2纳米管阵列的表面增强拉曼性质

3.3.5 Ag修饰TiO2纳米管阵列的结构表征

3.3.6 Ag修饰TiO2纳米管阵列的表面增强拉曼性质

3.4 本章小结

第4章 Ag修饰单层多孔锐钛矿型TiO2纳米带的制备及SERS研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 单层多孔多晶锐钛矿TiO2纳米带的制备

4.2.2 Ag/TiO2多孔纳米带复合体的制备

4.2.3 SERS研究

4.3 结果与讨论

4.3.1 TiO2多孔纳米带前驱体的结构和形貌表征

4.3.2 TiO2多孔纳米带前驱体的形成机理

4.3.3 Ag/TiO2 多孔纳米带复合体的SERS研究

4.4 本章小结

第5章 Ag修饰ZnO/TiO2分级结构复合膜的制备及SERS研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 TiO2纳米花阵列的制备

5.2.2 ZnO/TiO2复合膜的制备

5.2.3 Ag修饰ZnO/TiO2复合膜的制备

5.2.4 SERS研究

5.3 结果与讨论

5.3.1 TiO2纳米花阵列膜的表征

5.3.2 Ag修饰ZnO/TiO2纳米花阵列膜的SERS研究

5.4 本章小结

第6章 银聚集体的可控制备及SERS研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 Ag聚集体的制备

6.2.2 参比Ag溶胶的制备

6.2.3 SERS研究

6.3 结果与讨论

6.3.1 实验条件对Ag聚集体形成的影响

6.3.2 Ag聚集体形成机理

6.3.3 Ag聚集体的SERS研究

6.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

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