富含碗形纳米间隙的SERS基底的构建

摘要

在表面增强拉曼散射(SERS)中，粒子之间的纳米间隙或者其表面尖锐的突起称之为活性“热点”。这些“活性”热点能产生极强的局域电磁场，从而极大地增强SERS信号。近年来，科研工作者们付出了巨大的努力来构建“活性”热点，以期望获得最大程度的SERS增强。然而，由于构建的复杂性和费用高等原因，制备富含纳米间隙且间隙易于制备、重现性好的SERS基底仍然充满了巨大地挑战。因此，本文以构建富含碗形纳米间隙的新型SERS基底为研究对象，主要研究内容和成果如下:
　　(1)合成了核粒径分别为30、55、80nm(厚度均为4nm)和壳层厚度分别为4、8、12nm(核粒子均为55nm)的Au@SiO2纳米粒子。
　　(2)以在金基底上组装的亚单层和单层Au(55nm)@SiO2(4nm)纳米粒子阵列为模板，电沉积一层薄的金膜(h=32nm)将纳米粒子半包埋起来，最后溶解掉纳米粒子的二氧化硅壳层，成功地构建出了富含碗形纳米间隙的新型SERS基底。该SERS基底的信号强、稳定、重现性好;整个构建过程操作简单、设备配置要求低、成本低，但产生的间隙精确高。该新型SERS活性基底的平均增强因子(EF)约为105，与根据三维时域有限差分法(3D-FDTD)理论模拟得出增强因子(EF)值基本一致。
　　(3)分别用三种不同粒径大小(30、55、80nm)的Au@SiO2(4nm)纳米粒子和三种壳层厚度不同的Au(55nm)@SiO2(4、8、12nm)纳米粒子来构建新型SERS基底，考察核粒子尺寸和间隙大小对SERS的影响。研究发现金核粒径大小对这种新型基底的表面增强效果影响并不明显。此外，发现用壳层厚的Aunm@4nmSiO2构建纳米碗形间隙，核粒子易从碗中脱落，致使对比实验不成功。因而，无法从实验上考察壳层厚度对这种新型基底的SERS增强效果的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 表面增强拉曼散射(SERS)简介

1．1．1 表面增强拉曼散射的增强机理

1．1．2 表面增强拉曼散射的基底材料

1．1．3 表面增强拉曼散射的应用

1．2 活性热点的构建方法

1．2．1 随机粗糙

1．2．2 刻蚀技术

1．2．3 组装法

1．3 本文的研究构想

第2章 纳米粒子的合成

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 纳米粒子的UV-vis吸收光谱表征

2．3．2 纳米粒子的循环伏安表征

2．3．3 纳米粒子的拉曼光谱表征

2．3．4 纳米粒子的SEM表征

2．4 本章小结

第3章 构建富含碗形纳米间隙的SERS基底

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 试验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 亚单层纳米粒子组装在金片上的SEM表征

3．3．2 单层纳米粒子组装在金片上的SEM表征

3．3．3 恒电压法电沉积效果的SEM表征

3．3．4 恒电流法和脉冲电流法电沉积效果的SEM表征

3．3．5 最佳电沉积效果的SERS基底的SEM表征

3．3．6 亚单层纳米粒子构建的SERS基底的SERS表征

3．3．7 单层纳米粒子构建的SERS基底的SERS表征

3．4 本章小结

第4章 新型基底的SERS增强因子(EF)的计算

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 计算方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 亚单层型SERS基底的增强因子(EF)

4．3．2 单层型SERS基底的增强因子(EF)

4．4 本章小结

第五章 金核粒径和壳层厚度对新型SERS基底的影响

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验设计

5．2．2 实验内容

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同粒径的纳米粒子构建的SERS基底的SEM表征

5．3．2 不同粒径的纳米粒子构建的SERS基底的SERS表征

5．3．3 基底的增强因子平均值的计算

5．3．4 不同壳层厚度的纳米粒子构建的SERS基底的SEM表征

5．3．5 不同壳层厚度的纳米粒子构建的SERS基底的SERS表征

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢