金纳米片的可控制备及其在防御近红外辐射与表面增强拉曼(SERS)领域的潜在应用

摘要

金纳米三角片棱结构(Gold Nanotriangles，GNTs)作为一类各向异性纳米材料，由于其独特的光学性质以及大规模制备的新发展得到了越来越多研究者的关注。通过调控其反应参数可调节其消光光谱，并可延伸到近红外区，这种对近红外光的独特消光性能和优异的生物亲和性使金纳米片在某些需要处理近红外辐射的领域具有潜在的应用价值。近年来金三角片阵列或复合物在SERS中的应用更加引人注目：这些三角形锐利的边缘往往是电磁场聚集的热点区域，对于SERS的高效检测具有良好的促进作用。
　　 本文采用种子介导生长法制备金纳米片(GNTs)，该法制备的金纳米片以三角形为主，尺寸分布均一，光谱消光峰在近红外区域。将制得的金纳米片与HEMA水凝胶相聚合，创新性地应用于近红外辐射防御体系。同时将金纳米片(GNTs)/HEMA复合水凝胶材料作为SERS活性基底，用于表面增强拉曼的分析检测。
　　 具体工作如下：
　　 1.通过在生长溶液中引入痕量碘离子，将其与阳离子活性剂形成的CTA+-I-表面活性系统作为模板，利用种子介导法分步合成具有近红外消光性能的金纳米三角片(GNTs)。研究了金纳米三角形动力学生长过程光谱，并利用盐析作用分离混合产物，高效纯化金纳米片溶液。另外，试验研究了在金纳米片可控制备过程中I-、HCl、种子等参数的浓度对金纳米片尺寸、形貌、光谱等性质的影响。
　　 2.在紫外光聚合条件下，将碘离子介导法合成的金纳米片(GNTs)与HEMA水凝胶预聚物共聚制备可吸收近红外辐射的金纳米片(GNTs)/HEMA复合水凝胶。光谱表征显示该复合水凝胶在可见光区域具有良好透过性，讨论了复合水凝胶中金纳米片的浓度对有效提高材料在近红外区域消光性能的影响。研究了GNTs/HEMA复合水凝胶对空间热效应的影响，利用空间内温度变化及相关热力学数据分析讨论GNTs/HEMA复合水凝胶对近红外辐射的阻隔作用。本工作在防御近红外辐射相关的节能减排领域以及与人体眼部、皮肤健康相关的光保护领域具有潜在的应用价值。
　　 3.将金纳米片(GNTs)/HEMA复合水凝胶作为SERS基底，检测其对拉曼信号分子尼罗蓝A(NBA)的表面拉曼增强效果。研究GNTs/HEMA复合水凝胶的富集作用以及收缩作用对提高SERS的检测强度的影响。另外，本章研究了金纳米片浓度对复合水凝胶基底SERS增强效果的影响。