纳米纤维可控修饰银纳米晶体及其SERS研究

发布时间：2019-09-20 23:07

【摘要】：表面拉曼增强散射(SERS)能对很多生物分子和化学分子进行痕量检测,在很多领域都有非常广泛的应用。众所周知,SERS的强度主要是由位于贵金属尖端拐角和贵金属间隙(小于5 nm)的热点提供的,当探针分子处于热点处,拉曼信号强度能增大103-1011倍。所以将非球形(具有尖端、拐角)的贵金属纳米颗粒紧密的组装到基底上能够大大提高SERS性能。在SERS基底方面,纳米纤维的多孔结构和大的比表面积不仅能够有利于探针分子的扩散,也能够提高探针分子的吸附量,从而产生更强的拉曼信号。基于此,本文围绕着非球形银纳米晶体负载的纳米纤维基SERS基底的制备、原理和SERS性能等方面开展了下面几个方面的工作1、首先采用化学氧化法在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维表面接枝PmPD,制备PmPD/PAN核壳纳米纤维；然后利用化学沉积法在PmPD/PAN纳米纤维表面沉积多面体和片状的银纳米晶体,制备出灵敏度很高的SERS基底。系统的研究了实验条件,如反应温度、银氨溶液浓度、银氨溶液pH值等,对晶体形貌的影响。通过调节实验参数可以调控银纳米晶体的形貌、大小和密度,进而影响其SERS性能。结果表明多面体和片状银纳米晶体修饰的纳米纤维膜不仅能够提供很多的热点,也能够提供很大的比表面积,所以能够产生非常灵敏的SERS性能。制备的基底不仅灵敏度高而且信号重复性很好,对4-MBA的检测极限达到10-9M。2、我们采用PmPD/PAN纳米纤维为基底,采用静电组装方法组装不同形貌银纳米晶体,如银球、银三角片、银圆盘,制备灵敏度高的SERS基底利用。以4-MBA作为探针分子去检验基底类型(二维平板结构和三维纳米纤维结构)对SERS性能的影响。同时还研究了银纳米晶体组装密度和形貌对其SERS性能的影响。实验结果表明,银三角片修饰的PmPD/PAN纳米纤维膜由于其较多的尖端结构和较紧密的排列具备最强的SERS'性能,对4-MBA的检测极限达到10-8M。3、最后,我们以PmPD/PAN纳米纤维膜为基底,对静电组装过程中银纳米颗粒转变成银纳米片的生长过程及机理进行了详细研究。结果表明,银纳米颗粒的形成过程包括两个部分：一是银溶胶的银纳米颗粒静电吸附在PmPD/PAN纳米纤维表面；一是PmPD作为还原剂还原残留在银溶胶中的Ag+,促进吸附在PmPD/PAN纳米纤维表面的银种子生长成为片状结构。研究还发现溶胶的老化时间和聚合物基底的表面性能对银片结构具有很大的影响。优化条件所制备的纳米纤维膜对4-MBA的检测极限达到10-10 M,展现了非常优异的SERS性能。
【图文】：

图２－２邋ＰＡＮ和ＰｍＰＤ／ＰＡＮ的化Ｍ图和Ｔ＇ＥＭ图

为了探究ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维表面银晶体的形貌和含量，我们对制备的逡逑ＡｇＮＣｓ＠ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维进行了邋ＳＥＭ分析、ＴＥＭ分析和ＨＲＴＥＭ分析，逡逑结果如图２－４所示。从图２－４ａ可知，ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维表面均匀覆盖一层非逡逑球形银晶体，，银晶体紧密排列完全覆盖了邋ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维表面，并且银逡逑晶体主要是Ｗ片状结构和多面体结构形式存在。由于银单质的密度大于逡逑ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维，对比图２－２ｄ可看出，沉积了银晶体之后，纤维的透逡逑射电镜图全部被黑色覆盖，说明纤维表面全部被银晶体覆盖。从银片的高倍透逡逑射电子显微镜图片分析可见察到２．５Ａ的晶面间距，该晶面间距对应的是逡逑１／３｛４２２｝晶面。在金或者银片状结构中通常能观察到１／３｛４２２｝Ｐ４１。从而说明逡逑ＰｍＰＤ／ＰＡＮ纳米纤维表面覆盖的银晶体存在片状结构。对银片的侧面进行逡逑ＨＲＴＥＭ分析和ＦＦＴ分析可从观察到很明显的层错结构，该层错结构经常出现逡逑在金属的片状结构中，进一步说明纤维表面存在银片结构。综上可知，纤维表逡逑面均匀紧密的沉积了一层片状的和多面体状的银纳米晶体。逡逑２４逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.122;TB383.1

【共引文献】

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本文编号：2539055