一种“卫星状”核壳材料的制备及其在SERS中的应用

发布时间：2020-05-29 13:52

【摘要】：表面增强拉曼散射光谱(SERS)是一种能显著增强吸附在金属纳米粒子上的分析物拉曼信号的技术,它通过给出被分析物的振动光谱,从而提供其物质结构信息。特别是金属纳米粒子之间产生的所谓的“热点”效应贡献的SERS增强因子可达到10~(14)可实现待测物质的单分子检测,因此受到了广大SERS科学家的关注。SERS技术凭借高灵敏度、高准确性并且能迅速得到复杂体系中痕量物质的指纹信息等优点在化学分析、食品污染物检测、生物传感和环境监测等领域备受青睐。从SERS光谱产生的机理电磁场增强效应来看,制备合适的SERS基底材料创造更多的“热点”是影响SERS光谱信号的重要因素。很遗憾的是很多复合的金属纳米材料虽然制备了较多的热点使拉曼信号显著增强,但是热点的位置很难准确定位,并且重现性并未达到预期结果。使得SERS技术的应用受到局限,因此,SERS基底的性能及准确的热点定位就显得至关重要。本文针对于这个问题做了以下两方面工作:(1)在材料的设计、合成方面,首先以聚合离子液体为修饰剂制备了Ag@PILs复合材料。进而,以Ag@PILs作为内核材料,利用聚合离子液体的离子交换性实现AuCl~-阴离子负载,并通过后继的原位生长成功制备了具有卫星结构的核壳材料Ag@PILs@Au。通过UV-vis、XPS和FT-IR等技术手段对其形貌、结构以及表面性质进行了系统的表征。研究结果表明聚合离子液体不仅是形成这种独特卫星结构组装的体重要桥连组份,而且还对复合材料整体的表面性质调控具有重要的作用。利用聚合离子液体的阴离子交换性,通过对其阴离子种类的调节可以有利的实现Ag@PILs和Ag@PILs@Au亲疏水性的调控。(2)在复合材料的拉曼光谱应用方面,探讨了Ag@PILs以及Ag@PILs@Au等两种复合材料的SERS光谱的应用特点。首先利用修饰聚合离子液体作为内源性的拉曼探针表达两种SERS基底的光谱特性。研究表明,由于聚合离子液体位于内核的银纳米粒子以及壳层的金纳米粒子之间的热点位置,因此相对于Ag@PILs,Ag@PILs@Au可表现出更强的SERS信号。其次,位于热点的桥连的聚合离子液体还具有离子交换性,因此可利用这种特性将具有阴离子特性的外源性的拉曼探针精准的定位于Ag@PILs@Au的热点位置,使其SERS信号相对于传统的SERS信号大幅提高。这种利用桥连聚合物实现待测物热点定位的新策略有望提高SERS光谱在分析应用中的检测性能。
【图文】：

原理图,拉曼散射,瑞利散射,反斯托克斯

第 1 章引言1.1 拉曼光谱在 1923 年一位德国的物理学家 A.Smekal 预测了拉曼效应但仅停留上。直到五年后印度物理学家拉曼意外的发现当用水银灯照射苯等液体散射光中发现了一种与入射光波频率相同的光，称之为瑞利(Rayleigh)散还有另外的一种光却与瑞利散射完全不同，不但与入射光的频率不同而线的强度很弱，是一种新发现的光散射现象，因此以他的名字命名为拉曼光散射是一种常见的自然现象，它包括瑞利散射、丁铎尔散射两种弹性布里渊散射、拉曼散射两种非弹性散射[2]。拉曼散射的本质是入射光的光环境体系后会与作为散射中心的分子发生碰撞，此碰撞是非弹性碰撞，入射光的频率发生了变化[3]。但绝大多数的情况下，当光子与分子这两种生碰撞后，只是传播方向会发生变化，而频率不会改变，例如常见的瑞利如图 1-1

放大倍率,银纳米粒子,离子液体

在 100 mL 圆底烧瓶中，将 0.250 mmol 的 PILs 溶解到 50 mL 的三次蒸馏水中。强烈搅拌下，逐滴加入 10 .0 mL 硝酸银水溶液（0.00500 mmol / mL），室温黑暗处搅拌 12 小时，溶液逐渐变成淡蓝色。随后室温下，，逐滴加入新配制的10 mL 硼氢化钠溶液（0.0500 mmol/ mL），反应溶液从浅蓝色逐渐变成黑棕色。反应混合物在 40 ℃油浴下避光搅拌反应 12 小时，溶液从黑棕色变成绿棕色，10000 r /5 min 离心，取沉淀，即为聚合离子液体修饰的银纳米粒子（Ag@PILs），放入 4 ℃冰箱备用。2.5 结果与分析2.5.1 Ag@PILs 的透射电镜(TEM)表征透射电镜用来分析纳米粒子形貌、大小及分布，如图 2-1 所示为聚合离子液体修饰的银纳米粒子（Ag@PILs）的透射电镜照片。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34;O657.37

【参考文献】