几种微纳米基底材料的表面增强拉曼散射效应

发布时间：2018-06-08 11:46

  本文选题：Raman光谱 + 表面增强拉曼散射　； 参考：《华中科技大学》2015年博士论文

【摘要】：拉曼(Raman)光谱不仅能够提供目标分子的大量振动信息,而且不受水溶剂的影响。自从表面增强拉曼散射(SERS)效应被发现以来,其应用更加受到关注。由于基底材料在SERS技术中起到很关键的作用,新型基底材料的研究是SERS领域的研究重点之一。多数基底材料都涉及到金属纳米颗粒(NPs),它的存在可以显著增强拉曼响应。但是在这些SERS基底材料的使用过程中,由于金属NPs的氧化或团聚,基底材料表现出较弱的稳定性。与此同时,溶液中NPs的布朗运动导致这些基底的SERS信号重现性较差。在某些情况F,为了改善基底材料的稳定性,常常在其制备过程中引入某些改性添加剂,而这些改性组分的存在对目标分子的Raman信号却产生了显著干扰。针对上述问题,本论文重点研究几种微纳米基底材料的SERS效应。主要内容包括以下几个方面： (1)在第一章,首先综述了Raman光谱和SERS现象的由来、基本原理和相关应用：然后着重综述了各种不同的SERS基底材料的制备和应用；最后引出了本论文的选题和研究内容。 (2)在第二章,为了改善SERS基底材料的稳定性并消除改性组分可能产生的不良影响,提出了一种无需使用任何偶联剂的微纳米结构的SERS基底材料制备方法。首先,在没有添加任何偶联剂的条件下,采用原位还原硝酸银的方法,将Ag NPs固载于中空轻质的玻璃微球(LoBs)表面上,制备得到一种微纳米结构SERS基底材料LoBs@Ag。这种基底能够浮在溶液的表面,为直接在溶液中检测目标分子提供一个非常方便的平台。在LoBs@Ag基底材料中,Ag NPs被均匀固定在LoBs表面上,并且避免了偶联剂的干扰,因此利用此基底材料可得到重现性良好且分辨率高的SERS图谱。然后,采用SERS测量与密度泛函理论(DFT)计算相结合的手段,研究了结晶紫分子在LoBs@Ag基底上的SERS响应,发现LoBs@Ag基底产生了显著的Raman增强效应,其增强因子高达6.9×108。还发现此基底对其它农药和生物分子也展现出良好的SERS效应。因此,采用LoBs@Ag这种微纳米结构SERS基底,可以实现对痕量有机污染物或生物分子的快速和灵敏检测。 (3)作为一种石墨烯的类似物,g-C3N4可作为SERS基底材料的优良载体,甚至自身可能成为一种SERS基底材料。因此,在第三章,我们研究了超薄层g-C3N4纳米片的Raman光谱性质。首先利用三聚氰胺发生聚合反应制备得到了块状的微米级g,C3N4；然后采用硫酸氧化插层剥离方法,制备了晶型良好的1、2、4层超薄层g,C3N4纳米片。测得了超薄层g-C3N4纳米片的Raman光谱,并观察到了这些Raman光谱随纳米片原子层数的演变过程。采用Raman光谱和第一性原理计算相结合的手段,明确了超薄层g,C3N4光谱性质与纳米片原子层数之间的相关关系,通过考察g-C3N4的Raman振动模式研究了不同层数纳米片的电子结构变化。 (4)第四章考察了g,C3N4自身的SERS性能,并研究了其作为微米级载体增强纳米Ag型SERS基底材料长期稳定性的机制。首先采用第三章提到的聚合反应制备得到了块状的微米级g,C3N4；然后采用自组装的方法,制备得到了g-C3N4/Ag微纳米结构的SERS基底。结果表明：这种基底不仅能够提供大量的热点,而且可以通过g-C3N4与分析物分子间的π-π堆叠的相互作用来富集分析物,产生显著的Raman增强效应。特别是,由于g-C3N4与Ag NPs间的相互作用,Ag NPs被均匀地固定在g-C3N4片层的表面和边缘上,这导致g-C3N4/Ag基底具有优异的长期稳定性。这主要归因于g-C3N4的电子供体效应,该解释得到了密度泛函理论(DFT)计算结果的支持。g-C3N4自身固有的Raman增强效应也对基底材料总的SERS效应产生贡献。由于多重增强效应,g-C3N4/Ag基底展现了显著的SERS效应,针对结晶紫探针分子,其增强因子达4.6×108。类似地,采用此基底材料,可实现染料、农药和生物分子的快速SERS测定。 (5)第五章总结了前面提到的几种微纳米结构SERS基底的制备方法、SERS活性和基底的相关应用,并对LoBs@Ag基底在实际性检测方面的应用、g-C3N4在电子器件和光电转换等领域的潜在应用进行了展望。
[Abstract]:Raman spectroscopy not only can provide large amount of vibration information of target molecule , but also is not influenced by water solvent . Since surface enhanced Raman scattering ( SERS ) effect has been discovered , its application is more concerned .

( 1 ) In chapter 1 , the origin , basic principle and related application of Raman spectra and SERS phenomena are reviewed firstly , then the preparation and application of various SERS substrate materials are summarized .
Finally , the thesis brings out the selection and research contents of this thesis .

( 2 ) In chapter 2 , in order to improve the stability of SERS substrate and eliminate the possible adverse effects of modified components , a SERS substrate material LoBs @ Ag is prepared by in - situ reduction of silver nitrate without any coupling agent .

( 3 ) As a kind of graphene analog , g - C3N4 can be used as an excellent carrier of SERS substrate material , and may even become a SERS substrate material . Therefore , in chapter 3 , we studied the Raman spectrum property of ultra - thin - layer g - C3N4 nanosheet . First , we made a block - shaped micron - scale g , C3N4 by using melamine polymerization reaction .
The Raman spectra of ultra - thin layers g - C3N4 nanosheets were prepared by the method of stripping with sulfuric acid . The Raman spectra of the ultra - thin layers g - C3N4 nanosheets were measured . The correlation between these Raman spectra and the number of nanosheets was observed .

( 4 ) The SERS performance of g 銆，

本文编号：1995681