含芳香性杂环硫醇衍生物的表面增强拉曼光谱研究

摘要

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering，SERS)技术是目前最常用的现场研究表面吸附和界面反应的谱学技术之一。单分子层自组装(self-assembled monolayers，SAMs)技术则可以通过对自组装分子的设计，达到人为控制表面组成、结构及其功能化的目的，为功能化界面的基础研究和工程应用提供良好的平台。把谱学方法与常规电化学方法相结合的谱学电化学是在分子水平上现场表征和研究电化学体系的新技术，它在研究电极表面吸附分子物种的取向和键接，鉴定参与电化学过程的分子物种等方面有突出的优势。这些技术在当前化学修饰电极和生物电化学研究领域中运用广泛，同时也是本论文最为主要的研究手段。 实际上，相对于烷基硫醇的自组装单分子层而言，有关分子结构中含有芳香性杂环的硫醇衍生物单分子层的研究较少。而由这些物质所构筑的单分子层膜体系在当前化学修饰电极和生物电化学等研究领域中正日益受到人们的关注，有着良好的应用前景。为此，我们选取了4,4'-二硫联吡啶(PySSPy)和硝基咪唑硫嘌呤(AZA)分子作为研究对象。 具体而言，本论文围绕上述两种分子开展了以下几方面的研究工作： 实验表明，PySSPy分子在金表面形成的自组装单分子膜还能够继续利用其端基实现对金纳米粒子的自组装，从而形成一个夹心结构的“三明治”自组装体系。该体系的SERS谱峰随电位和金纳米粒子酸碱性的变化而呈现出的规律性变化，该变化能够帮助我们了解PySSPy分子吸附在基底表面时随外在因素的变化而产生的结构变化。研究发现，当体系处于负电位区域和酸性条件下时，PySSPy分子在金基底表面主要以质子化的PyS·形式存在；当体系处于正电位和碱性条件下时，PySSPy分子在金基底表面主要以PyS·两端带电荷的硫酮形式存在。 AZA是6-巯基嘌呤的衍生物，作为一种免疫抑制剂，它的药效已经超过了6-巯基嘌呤。实验结果表明，它在粗糙化金、银电极上的SERS谱峰明显不同，并采用表面增强拉曼光谱和电化学联用手段考察了电位变化对各自组装体系的SERS谱峰影响。研究发现，AZA分子在金、银电极表面的吸附位点不同，在金电极表面以N7原子为吸附位点，而在银电极表面以N3原子为吸附位点。进一步研究表明，AZA分子在两种不同基底上的的吸附取向随电位变化而产生的变化也不同。 本论文将对PySSPy和AZA单层膜分子在不同外界条件(不同基底、不同电位、不同酸碱性)下的SERS谱峰变化进行详细的分析，并给出合理的理论的解释。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1表面增强拉曼散射光谱(SERS)概述

1.1.1表面增强拉曼散射光谱的研究背景及基本原理

1.1.2表面增强拉曼散射效应的特点

1.1.3表面增强拉曼散射的应用现状

§1.2自组装单层膜(SAMs)概述

1.2.1分子自组装技术的原理

1.2.2分子自组装技术的优点

1.2.3分子自组装技术的发展展望

§1.3本论文主要工作、研究意义及创新点

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究的意义

1.3.3本文的创新性

第二章电位对PySSPy-SAMs在不同自组装体系中吸附结构影响的SERS光谱研究

§2.1引言

§2.2实验部分

2.2.1试剂

2.2.2金溶胶的制备

2.2.3 4，4'-二硫联吡啶在光滑金表面的自组装

2.2.4金表面的粗糙化及4，4'-二硫联吡啶单层膜的自组装

2.2.5 Au NPs有序组装体系和PySSPy SAMs修饰光滑金电极体系的循环伏安稳定电位范围测试

2.2.6原位拉曼测试

2.2.7仪器及参数设置

§2.3结果与讨论

2.3.1金溶胶生成的原理解析

2.3.2金溶胶的表征

2.3.3裸金电极的循环伏安表征和拉曼光谱表征

2.3.4自制拉曼金电极粗糙化的研究

2.3.5自组装研究

2.3.6两种不同自组装体系的稳定电位范围研究和SERS光谱表征

2.3.7两种不同自组装体系的SERS光谱研究

2.3.8电位对两种自组装体系中PySSPy SAMs吸附结构影响的SERS光谱研究

§2.4小结

第三章溶液酸碱性对金纳米粒子在端基功能化单分子膜表面组装影响的SERS光谱研究

§3.1引言

§3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2实验仪器

3.2.3金溶胶的制备及pH值的调节

3.2.4不同pH值的Au NPs有序组装体系的制备

3.2.5拉曼光谱测量

§3.3结果与讨论

3.3.1缓冲溶液的选择

3.3.2自组装过程研究和金纳米粒子的覆盖度表征

3.3.3 SERS光谱研究

3.3.4 Au NPs有序组装体系中PySSPy SAMs的表面pKa值SERS光谱滴定初探

§3.4小结

第四章硝基咪唑硫嘌呤在金银电极上的吸附行为及SERS光谱研究

§4.1引言

§4.2实验部分

4.2.1实验试剂

4.2.2金、银电极的粗糙化与AZA分子的自组装

4.2.3原位拉曼测试

4.2.4仪器及参数设置

§4.3结果与讨论

4.3.1 AZA的构象分析

4.3.2 AZA固体的拉曼光谱表征

4.3.3 AZA在银电极上的SERS光谱研究

4.3.4 AZA在金电极上的SERS光谱研究

§4.4小结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果