Au/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

发布时间：2021-03-29 11:34

　　表面增强拉曼散射光谱（SERS）已用于环境监测、生物医药、食品卫生等领域,而高活性SERS基底是表面增强拉曼散射光谱技术应用的关键。TiN作为新型等离子材料具有较强的SERS性能,同时化学稳定性及生物相容性较好,但其SERS性能不如贵金属金强。该研究采用氨气还原氮化法和电化学沉积法,在TiN薄膜表面沉积贵金属Au纳米颗粒制备出Au/TiN复合薄膜。在Au/TiN复合薄膜中单质Au和TiN两种物相共存;随着电化学沉积时间延长, TiN薄膜表面单质金纳米颗粒数量逐渐增多,金纳米颗粒尺寸增大,颗粒间距减小。由于金与TiN两者的本征表面等离子共振耦合作用, Au/TiN复合薄膜的共振吸收峰发生了偏移。利用罗丹明6G为拉曼探针分子,对Au/TiN复合薄膜进行SERS性能分析,发现Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼峰信号强度随沉积时间延长呈现先增大后减小的规律;当电化学沉积时间为5 min时, R6G拉曼信号峰较高,复合薄膜样品的SERS活性最大。将Au/TiN复合薄膜和Au薄膜分别浸泡在10^-3, 10^-5, 10^-7,... 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(02)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：7 页

【图文】：

Au/TiN复合薄膜的XRD及SEM图

为证明Au颗粒与TiN薄膜之间的有相互耦合协同作用, 在ITO玻璃上沉积了Au薄膜, 沉积5 min, 并测试了Au薄膜的SERS图谱, 如图4(a,b)所示。 结果表明, 3种基底膜对罗丹明6G探针分子的拉曼信号强度均有所增加, 但吸附在Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼信号强度比Au薄膜的提高了近2倍, 比TiN薄膜提高了近8倍, 其Au/TiN复合薄膜的增强效果远大于二者在增强强度上相加之和。 因此, 在TiN薄膜与Au颗粒结合处, 两者的表面等离子体产生了强烈的耦合效应, 极大的增强周围的电磁场以及电荷转移协同效应, 使R6G分子的拉曼信号极大增强。图4 (a) TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN复合薄膜的SERS图谱; (b) TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN复合薄膜柱状图

图3 不同沉积时间Au/TiN复合薄膜的SERS 图谱(a)及Au/TiN复合薄膜柱状图(b)为了分析所制备的TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN复合薄膜的电场分布情况, 利用时域有限分差法分别对TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN复合薄膜进行模拟, 结果如图5(a,b,c)所示。 可以看到, Au/TiN复合薄膜(c)和Au薄膜(b)及TiN薄膜(a)均具有电场增强作用, 其中, (c) Au/TiN复合薄膜的增强作用最强。 这是由于在两个相邻氮化钛薄膜与金纳米颗粒的结合处, 该区域属于电磁场强度得到极大增强的“热点”部分, 表面等离子体产生了强烈的耦合效应, 使拉曼信号极大增强。 当TiN薄膜与具有较强等离子体效应的Au颗粒复合时, 两者产生协同作用, 使得Au/TiN复合薄膜的SERS效应极大增强。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Au-TiO2纳米复合材料光催化性能和应用研究进展[J]. 刘杰,徐梦达,任艳蓉.  广东化工. 2017(16)
[2]氨气还原氮化法制备TiN薄膜及其SERS效应研究[J]. 陈颖,魏恒勇,董占亮,卜景龙,王瑞生,魏颖娜,林健.  功能材料. 2016(02)



本文编号：3107477