各向异性微纳粒子SERS基底的制备及性能研究

摘要

表面增强拉曼散射(SERS)凭其检测方便快捷、灵敏度高被广泛的用于环境安全、生命科学、医疗卫生等领域。然而，如何制备SERS效应高、可循环利用的SERS基底是目前人类不断探索的重点也是一大挑战。层状贵金属纳米颗粒具有丰富的热点，可以产生强烈的拉曼信号增强。然而，传统的贵金属基底可重复性和可回收性差，因此，将贵金属与半导体纳米结构或是碳材料如碳纳米管，活性炭，石墨烯等相结合，能够弥补传统贵金属基底的不足，提高SERS性能。本文成功制备了一系列各向异性的银纳米颗粒，系统考察了碳链长度、有机酸官能团对形貌的影响;以及Au/花状二氧化钛复合材料和rGO/Au/花状二氧化钛复合材料的制备方法，并对其进行了SERS性能检测及其用于监测光催化降解R6G染料过程。具体研究内容及结论如下:
　　(1)通过溶液还原法，加入小分子有机酸（草酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、酒石酸）诱导制备了各向异性银纳米粒子。研究发现，不同碳链长、不同羟基个数的有机酸、以及有机酸的用量对合成的各向异性银纳米粒子的形貌都会产生影响。随着有机酸的碳链变长，合成的银纳米粒子的形貌由片层交错到片层堆积，再到核桃状，其粒径也逐渐变小，这是由于碳链变长，空间位阻变大，银纳米粒子自组装变得缓慢，使得银纳米粒子来不及各向异性生长，从而粒径变小。而有机酸中含有的羟基个数对银纳米粒子的形貌的影响主要表现在片层结构的变化。对这几种形貌的银纳米粒子进行拉曼检测，发现草酸诱导合成的银纳米粒子对R6G的增强效果是丙二酸与丁二酸的2-3倍。
　　(2)通过溶剂热法制备了花状二氧化钛粒子，然后通过原位还原法制备了Au/花状二氧化钛复合材料，研究发现，改变其反应时间与氯金酸的用量对合成的Au/花状二氧化钛复合材料的金纳米粒子的粒径与负载密度会产生影响。以其为基底，研究发现，当反应时间为5h，氯金酸用量为2mL时，所得到的Au/花状二氧化钛复合材料性能较好。该基底的均一性较好，随机的测试20个点其拉曼峰的强度平均偏差在10％以内，其检测限可达10-10M，灵敏性较优。对该基底进行重复利用。发现该基底对R6G进行6次催化降解后，其光催化降解率减弱了37％，而其SERS性能也减弱了，在1514cm-1处的R6G拉曼信号峰强减小到原来的40％，表明该基底在进行多次检测与降解后，性能还较优，说明该基底的重复利用性能较好。
　　(3)以水热法制备了rGO/Au/花状二氧化钛复合材料，研究发现，通过改变加入的氧化石墨烯的含量，获得了不同厚度、透明度的rGO/Au/花状二氧化钛复合材料。以其为基底，R6G为检测分子，对其进行了拉曼Raman检测，研究发现，当加入氧化石墨烯的含量为1.2mg时，该复合材料基底的SERS性能最优异，同时光催化降解R6G的性能也较优异，其可将R6G分子几近完全降解。由此表明石墨烯的添加提高了TiO2的光催化活性，与Au纳米粒子起到了协同作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1表面增强拉曼散射

1．1．1拉曼散射光谱简介

1．1．2 SERS的简介

1．1．3 SERS的增强机理

1．1．4 SERS的应用

1．2贵金属纳米粒子及SERS应用

1．2．1贵金属纳米粒子简介

1．2．2贵金属纳米粒子的制备

1．2．3贵金属纳米粒子在SERS中的应用

1．3纳米二氧化钛光催化概述、影响因素及提高光催化活性的方法与SERS应用

1．3．1纳米二氧化钛光催化概述

1．3．2影响纳米二氧化钛光催化的因素

1．3．3提高纳米二氧化钛光催化活性的方法与SERS应用

1．4本课题的研究目的、意义及主要内容

第二章有机酸诱导银纳米粒子的制备及其SERS性能研究

2．1前言

2．2实验部分

2．2．1实验试剂及仪器

2．2．2有机酸诱导各向异性

2．2．3各向异性银纳米粒子的表征

2．2．4有机酸诱导各向异性银纳米粒子的SERS性能检测

2．3结果与讨论

2．3．1银纳米粒子形貌与结构的表征

2．3．2银纳米粒子的SERS性能

2．4本章小结

第三章Au／花状二氧化钛复合材料的制备及性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验试剂及仪器

3．2．2复合材料的制备

3．2．3表征与性能测试

3．3结果与讨论

3．3．1形貌、结构分析

3．3．2复合材料的SERS性能分析

3．3．3复合材料的光催化性能

3．4本章小结

第四章rGO／Au／花状二氧化钛复合材料的制备及性能研究

4．1前言

4．2实验部分

4．2．1实验试剂及仪器

4．2．2 rGO／Au／花状二氧化钛复合材料的制备

4．2．3表征及性能测试

4．3结果与讨论

4．3．1 rGO／Au／花状二氧化钛复合材料的结构与形貌分析

4．3．2 rGO／Au／花状二氧化钛复合材料的SERS性能与增强机理分析

4．3．3 GO用量对rGO／Au／花状二氧化钛复合材料的光催化自清洁性能的影响

4．4本章小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢