用于表面增强拉曼散射的纳米复合材料的制备与研究

摘要

表面增强拉曼散射(SERS)技术在检测极微量的小分子方面有极大的潜力，因此自1974年被发现以来，就被逐渐广泛应用于生物、化学和材料的微观物质研究和检测领域。根据SERS的增强机理可知，其发展的核心之一是增强基底的选择。应用于增强基底的研究要点有两方面，一方面是制备新型的纳米结构，从而生成更多的SERS增强“热点”;第二是制备纳米复合材料并研究SERS复合基底增强机理，从而将化学增强机制和电磁场增强机制进行有效的耦合，使SERS增强效果产生大的提升。截止目前，关于增强基底的研究已从最初的贵金属及半导体纳米材料等单一材料发展到纳米复合材料。基于现状，本文制备了金属/半导体和金属/氧化石墨烯纳米复合材料，并对其SERS效应进行了研究。
　　本文成功制备了Ag/TiO2纳米复合材料，包括采用多元醇法成功得制备了Ag纳米线，并就其成形机理进行了分析;采用新颖的方式在钛片上制备了N掺杂的TiO2纳米结构(N-TiO2)，通过对反应时间和反应物的调整，成功控制了TiO2纳米结构的形貌，研究了N-TiO2的吸光系数与可见光下光催化效果的联系;在TiO2纳米棒上原位自生了Ag纳米颗粒，从而形成了Ag/TiO2复合纳米结构，SERS实验结果表明Ag/TiO2纳米复合材料的SERS增强效果要优于Ag纳米颗粒，是由于半导体材料的化学增强机制与贵金属颗粒的局域电磁场增强机制产生了耦合，从而达到增强的效果。
　　本文成功制备了Ag/氧化石墨烯纳米复合材料，包括采用改进的密闭氧化法制备了氧化石墨烯材料，在氧化石墨烯的表面原位自生了Ag纳米颗粒，通过SERS分析表明，该复合材料的SERS增强效果要优于Ag纳米颗粒但却低于Ag/TiO2纳米复合材料，这是由于氧化石墨烯在光诱导下的独特的电荷转移机制与贵金属颗粒的局域电磁场增强机制耦合所产生的结果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 表面增强拉曼散射

1．1．2 基本原理

1．1．3 SERS增强基底制备方法

1．1．4 拉曼信号分析方法

1．1．5 拉曼光谱优缺点

1．2 SERS增强基底纳米结构

1．2．1 贵金属纳米结构

1．2．2 金属／半导体纳米复合结构

1．2．3 金属／石墨烯及金属／氧化石墨烯纳米复合结构

1．3 课题选择的意义和内容

1．3．1 课题意义

1．3．2 课题内容

2 用于复合的纳米材料的制备与研究

2．1 Ag纳米结构的制备与研究

2．1．1 引言

2．1．2 试剂与材料

2．1．3 制备方法

2．1．4 XRD和SEM表征

2．1．5 结果讨论

2．2 石墨烯的制备与研究

2．2．1 引言

2．2．2 试剂与材料

2．2．3 制备方法

2．2．4 OM和Raman表征

2．2．5 结果讨论

2．3 氧化石墨烯的制备与研究

2．3．1 引言

2．3．2 试剂与材料

2．3．3 制备方法

2．3．4 OM、XRD和Raman表征

2．3．5 结果讨论

2．4 TiO2纳米结构的制备与研究

2．4．1 引言

2．4．2 试剂与材料

2．4．3 制备方法

2．4．4 XRD、SEM、TEM和Raman表征

2．4．5 UV-Vis吸收光谱测试

2．4．6 可见光降解测试

2．4．7 结果讨论

3 Ag／TiO2纳米复合材料的制备与SERS活性研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 制备方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 SEM和XRD表征

3．3．2 SERS性能测试及分析

3．4 本章小结

4 Ag／氧化石墨烯纳米复合材料的制备与SERS活性研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与材料

4．2．2 制备方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 SEM和XRD表征

4．3．2 SERS性能测试及分析

4．4 本章小结

5 总结

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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