金、银纳米粒子的制备及其表面增强拉曼光谱研究

摘要

金、银纳米粒子由于其独特的光学和电学性质，近年来已经成为表面增强拉曼光谱学(surface-enhancedRamanspectroscopy,简称SERS）最常用的活性基底，其可控制备、光学特性等方面的研究成为科学家关注的热点。金、银纳米粒子的SERS活性与其尺寸、形貌和结构直接相关，特别是不规则形状或核壳双金属纳米粒子，不仅具有较强的SERS增强作用，也对纳米材料在分析化学、分子生物学和单分子光谱学等领域的研究有重要的意义。
　　 本论文详细研究了三种不同纳米粒子（刺状纳米金、花状纳米银、刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子）的制备及其表面增强拉曼光谱特性，结果如下：
　　 1.选用一种形貌可控的刺状纳米金粒子作为研究对象。研究了该刺状纳米金粒子的SERS活性，并探讨其表面性质（表面形貌以及纳米粒子与信号分子的结合模式）对其SERS活性的影响。在实验中，我们合成了五种不同形貌的金纳米粒子，依次通过紫外-可见（Ultravioletvisible，简称UV-vis）吸收光谱、透射电镜（transmissionelectronmicroscopy,简称TEM）对其进行表征。选用结晶紫（Crystalviolet，简称CV）和对巯基苯甲酸(4-mercaptobenzoicacid，简称p-MBA)作为拉曼探针分子，分别研究了它们的SERS活性。研究发现不同形貌的金纳米粒子表现出不同的SERS活性。当CV作为探针分子时，长刺状的金纳米粒子显示出最强的SERS活性，它的增强因子为1.9×105（垂直方向）和1.9×106（水平方向）。当p-MBA作为探针分子时，短刺状的金纳米粒子显示出最强的SERS活性，它的增强因子为8.1×104。结果表明：相对于球形纳米粒子，刺状纳米金粒子的SERS增强作用较明显，且其SERS活性受纳米粒子的表面性质影响很大。
　　 2.建立了一种简易制备花状纳米银粒子的方法。常温下，不借助于任何表面活性剂，以抗坏血酸为还原剂，直接还原硝酸银溶液得到花状纳米银粒子。通过UV-vis光谱、TEM表征，以罗丹明6G（Rhodamine6G,简称R6G）、p-MBA作为信号分子，对其SERS特性进行研究。结果发现，花状纳米银粒子比球形银纳米粒子的SERS增强作用更明显。
　　 3.以(1)中的刺状纳米金粒子作为金核，采用晶种增长技术，进一步制备了刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子。通过UV-vis光谱、TEM对其进行表征。以R6G作为拉曼探针分子，对其SERS活性进行探讨。结果表明：相对于刺状纳米金、球形纳米银以及金核-银壳球形纳米粒子，该刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的SERS活性更强。此外，我们还发现：刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的SERS活性与金核的形貌有关。当长刺状的金纳米粒子作为金核时，刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的SERS活性最强。

目录

文摘

英文文摘

简略词表

第一章 绪论

1 金、银纳米粒子的合成

1.1 尺寸控制合成

1.2 形貌控制合成

2 表面增强拉曼光谱(SERS)

2.1 SERS简介

2.2 SERS活性基底

2.3 金属纳米粒子与SERS光谱

3 本论文的研究目的及设想

第二章 刺状纳米金粒子的SERS活性研究

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 仪器

3 实验方法

3.1 刺状纳米金粒子的合成

3.2 刺状纳米金粒子的SERS活性研究

4 结果与讨论

4.1 刺状纳米金粒子的SERS活性研究

4.2 刺状纳米金粒子的表面性质对其SERS活性影响的研究

5 本章小结

第三章 花状纳米银粒子的制备及其SERS活性研究

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 仪器

3 实验方法

3.1 花状纳米银粒子的合成

3.2 花状纳米银粒子的SERS活性研究

4 结果与讨论

4.1 UV-vis光谱和TEM表征

4.2 SERS活性研究

5 本章小结

第四章 刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的制备及其SERS活性研究

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 仪器

3 实验方法

3.1 刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的合成

3.2 刺状纳米金核-银壳纳米粒子的SERS活性研究

4 结果与讨论

4.1 刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的SERS活性研究

4.2 核的表面形貌对刺状纳米金核-银壳双金属纳米粒子的SERS活性影响的研究

5 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

附录 研究生期间发表的学术论文