贵金属水热碳基复合材料的制备及其SERS效应研究

发布时间：2020-06-01 10:11

【摘要】：本文的研究目的是探索制备具有高表面增强拉曼散射(SERS)能力的贵金属(金、银、铜)水热碳基复合材料的实验方法,并研究它们的SERS效应和增强机理。内容主要包括以下三个部分:(1)以葡萄糖为碳源和还原剂,三水合硝酸铜为铜源,十二烷基硫酸钠(SDS)、三辛胺(TOA)和柠檬酸钠为表面活性剂,结合水热碳化法与化学还原法制备不同结构的Cu/C复合材料。使用X-射线粉末衍射仪(XRD)分析复合材料的结晶情况,使用拉曼光谱仪(Raman)分析复合材料中水热碳的成分和石墨化程度,并结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)的图像观察Cu/C复合材料的形貌和组构。实验制备了三种产物,其中,嵌入式Cu/C复合材料中铜晶体的粒径最小,适合作为罗丹明6G(R6G)和甲基紫(CV)分子的SERS增强基底材料,它对CV和R6G分子的检测极限为10-5M。(2)以葡萄糖为碳源和还原剂,氯金酸为金源,SDS和TOA为表面活性剂,结合水热碳化法与化学还原法制备不同结构的Au/C复合材料。使用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分析产物的官能团差异,使用Raman分析复合材料中水热碳的成分和石墨化程度,使用XRD分析复合材料的结晶情况,并结合SEM和TEM图像观察复合材料的形貌和组构。通过SERS测试,三种产物中Au@C复合材料的增强性能最优,对CV和R6G分子的检测极限可达10-8M,适合作为R6G和CV分子的拉曼增强基底材料。(3)将水热碳化法与乳液法结合,制备特定形貌的Ag@CSs核壳材料。使用FT-IR分析材料的官能团,XRD分析材料的结晶情况,EDX谱图分析核壳结构中的元素分布,Raman分析水热碳的成分和石墨化程度,并在不同的实验条件下结合SEM和TEM图像观察材料的形貌和结构。探索TOA量、葡萄糖浓度、反应时间和浸渍时间对产物形貌的影响,并探讨了核壳结构产物的生长机理。以Ag@CSs为基底材料,使用探针分子R6G和CV研究了制得基底的SERS效应,发现其SERS增强强度极大地依赖于探针分子和Ag@CS之间的接触时间,对CV和R6G分子的检测极限可达10-9%。
【图文】：

谱图,表面活性剂,复合材料,谱图

２８邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２．１加入不同表面活性剂制得的三种Ｃｕ／Ｃ复合材料的ＸＲＤ谱图逡逑图２．１为加入不同表面活性剂制得的三种Ｃｕ／Ｃ复合材料的ＸＲＤ谱图。图中清楚逡逑地显示，三组数据在２０值为２３°左右皆存在一个明显的包峰，这个峰归属于葡萄糖逡逑水热碳化得到的非晶相碳。在２０值为４３．２９°、５０．４４°和７４．１３°处出现了三个强度不同逡逑的衍射峰，分别对应Ｃｕ的（１１１）、（２００）和（２２０）晶面，与标准数据卡片（ＪＣＰＤＳ逡逑＃０４－０８３６）邋—致，且在图中没有观察到其他的衍射峰。这说明样品中的碳以非晶形态逡逑存在，Ｃｕ的结晶性良好，且制备的产物纯度较高，不含有其它杂质。加入ＳＤＳ的产逡逑物衍射峰强度最高、半峰宽最窄，加入柠檬酸钠的次之，加入ＴＯＡ的峰强最低。这逡逑说明以ＳＤＳ为表面活性剂得到的Ｃｕ晶体粒径最小，结晶性也最好。此外，，三组数据逡逑在２０值为４３．２９°处的衍射峰都比其他衍射峰要强得多，这意味着制备的Ｃｕ晶体的逡逑（１１１）面择优生长

光谱图,碳球,复合材料,高斯拟合

及其对应的高斯拟合图谱：ＨＣＳｓ邋（ｂ），邋Ｃｕ／Ｃ复合材料（ｃ）逡逑为了比较水热碳球（ＨＣＳｓ）和Ｃｕ／Ｃ复合材料的成分差异，我们又对样品进行了逡逑拉曼光谱测试。图２．２是加入ＳＤＳ作为表面活性剂，ＨＣＳｓ与Ｃｕ／Ｃ复合材料的Ｒａｍａｎ逡逑光谱图及其对应的高斯拟合图谱。两个样品在１３６０和１５８０ＣＨＴ１附近皆出现了两个宽逡逑峰，ｌＳｅＯｃｍ－１附近的散射峰为Ｄ峰（Ｄ－ｂａｎｄ），对应无序石墨层内的Ａｌｇ振动，是结构逡逑紊乱程度的反映；ＩＳＳＯｃｎｒ１附近的散射峰则称为Ｇ峰（Ｇ－ｂａｎｄ），是石墨层的Ｅ２ｇ振动，逡逑用来表征碳的ｓｐ２键结构。Ｄ峰和Ｇ峰均是碳材料的Ｒａｍａｎ特征峰，其相对强度比７0／／ｇ逡逑是衡量石墨化程度的重要手段，／／）／／（？值越小，其石墨化程度越局。逡逑从图２．２邋（ａ）可以明显看出，Ｃｕ／Ｃ复合材料的拉曼信号远强于水热碳球的信号强逡逑度，这说明铜的存在对水热碳的拉曼散射信号起到了增强作用。ＨＣＳｓ和Ｃｕ／Ｃ复合材逡逑料的７ｄ／／ｇ值分别为０．７５１和０．７７４，邋ＨＣＳｓ的石墨化程度较高。这表明铜参与或影响了逡逑葡萄糖的碳化过程
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;O657.37

【参考文献】