贵金属Au及其核壳结构纳米粒子的制备与SERS性能研究

摘要

由于具有特殊的电学、光学性质及生物分子亲和能力和良好的催化活性，贵金属Au及其核壳结构粒子的合成和性质已引起人们的广泛关注。而材料的应用需建立在纳米结构的可控合成以及对其生长机理详细解析的基础上。因此为了使其在各个领域被广泛应用，设计制备具有特殊结构和功能的纳米材料成为迫在眉睫的任务。
　　本论文合成了贵金属Au纳米棒，Au@Ag双金属核壳材料、Au与半导体复合粒子，对其紫外可见光谱吸收、光热性质和可循环利用SERS(Surface Enhanced Raman Scattering)增强性能进行相关方面的研究。课题诣在制备一种操作简单、经济节约、灵敏度高的SERS基底材料，预期实现由单个纳米颗粒进行的SERS实验。
　　本文的主要研究内容如下:
　　(1)以CTAB为表面活性剂，采用种子调控生长法通过改变实验条件制备了不同长径比的金纳米棒，用透射电子显微镜(TEM)对合成的金纳米棒进行了表征，探讨了影响金棒形貌的因素及金棒的生长机理，并将制备的金棒用作表面增强拉曼散射(SERS)材料，采用表面增强拉曼技术检测了其灵敏度。
　　(2)将两种SERS性能较好的贵金属Au和Ag复合制备双金属核壳结构纳米粒子，实验采用柠檬酸钠直接还原法，通过改变AgNO3用量，调控了壳层厚度，对粒子的微观结构和形貌采用HRTEM，TEM进行了表征，用紫外可见分光光度计对样品进行分析，用拉曼光谱仪检测样品对拉曼分子4-ATP的散射增强情况。
　　(3)将比较昂贵的Au颗粒与相对廉价的半导体材料复合，与单独的Au相比，同样具有相应的功能，但却节约了成本。
　　①实验首先采用甲醛还原法制备了直径约在16nm左右的球状金，外延生长法在Au颗粒表面包裹了Cu2O壳层材料，调控了壳层厚度，并将制备的粒子进一步硫化，获得了Au@Cu2S核壳粒子，用SEM和TEM表征了样品的结构和形貌，用XPS对样品的成分构成进行了分析。对两种核壳材料的紫外可见吸收性质、光热性质进行了研究，并对Au@Cu2O纳米粒子对4-ATP的检测限和可循环SERS效应进行了研究。结果表明，这类材料可能成为具有SERS活性并可循环利用的功能材料。
　　②利用葡萄糖还原法制备了Cu2O，采用Cu2O自还原HAuCl4方法在其表面包覆了单质金，对SERS性能进行了研究。结果表明，该结构粒子具有较好的SERS增强性质，对4-ATP分子的1083cm-1、1594cm-1、1140cm-1、1381cm-1和1422cm-1波数处的特征振动具有较明显的增强。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 贵金属纳米材料概述

1．1．1 金纳米材料制备方法及可控性制备的研究现状

1．1．2 金纳米材料应用的研究现状

1．2 核壳结构材料简介

1．2．1 核壳结构材料的合成方法

1．2．2 核壳结构形成机理

1．2．3 核壳式结构材料的应用

1．3 拉曼光谱

1．3．1 拉曼光谱简介

1．3．2 拉曼光谱的优点

1．3．3 拉曼光谱的应用领域

1．4 表面增强拉曼光谱

1．4．1 表面增强拉曼光谱简介

1．4．2 SERS原理

1．4．3 SERS性能的影响因素

1．4．4 SERS研究与应用现状

1．5 选题的目的及意义

第二章 贵金属金纳米粒子的制备及SERS性能研究

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．3 实验过程

2．3．1 金种子的制备

2．3．2 金纳米棒制备

2．4 测试方法及表征手段

2．5 结果与讨论

2．5．1 金棒的透射电子显微镜分析

2．5．2 金棒的SERS性能测试与分析

2．6 本章小结

第三章 Au@Ag双金属纳米粒子的合成及性质

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．3 实验过程

3．4 样品的表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 不同条件下Au@Ag双金属纳米粒子的合成

3．5．2 Au@Ag纳米粒子的UV-Vis

3．5．3 Au@Ag纳米粒子对4-ATP分子的拉曼增强效果

3．6 本章小结

第四章 Au与Cu2O复合粒子的制备及SERS性能研究

4．1 引言

4．2 试剂与仪器

4．3 实验过程

4．3．1 金种子的制备

4．3．2 Au@Cu2O纳米粒子的合成

4．3．3 Au@Cu2S纳米粒子的制备

4．3．4 Cu2O@Au纳米粒子的制备

4．4 样品的表征

4．5 结果与讨论

4．5．1 纳米粒子的形貌和成分分析

4．5．2 Au@Cu2O纳米粒子的UV-Vis

4．5．3 Au@Cu2O纳米粒子的SERS效应及其可循环利用性

4．5．4 Au@Cu2O纳米粒子的光热性能

4．5．5 Au@Cu2S纳米粒子的形貌和成分分析

4．5．6 Cu2O@Au纳米粒子的SEM和XRD分析

4．5．7 Cu2O@Au纳米粒子的SERS效应

4．6 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

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