嵌段共聚物构筑贵金属纳米阵列及其表面增强拉曼性能研究

发布时间：2017-07-05 14:29

  本文关键词：嵌段共聚物构筑贵金属纳米阵列及其表面增强拉曼性能研究

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【摘要】：贵金属纳米有序阵列因其特殊的光学性能在纳米光电子器件、传感器等领域具有潜在的应用前景,已成为当前研究的前沿领域之一。其中,如何实现形貌、尺寸可控的纳米有序阵列的制备是一挑战性难题。嵌段共聚物不同链段之间的热力学不相容使其发生微相分离自组装形成尺寸为5~100 nm的周期性纳米结构,可作为模板。本论文选择两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基)吡啶(PS-b-P4VP),采用溶剂退火技术,制得有序的纳米孔状阵列结构薄膜,并以其为模板,利用金属前驱体与P4VP之间的静电作用,使其选择性的吸附在P4VP位置,通过光照和加热技术使其转化为贵金属纳米颗粒,制备出有序的Au、Ag、Au-Ag纳米簇状阵列。探索一系列的反应条件如前驱体的浓度、反应温度、反应时间等因素对Au、Ag、Au-Ag纳米粒子尺寸、聚集状态、面密度的影响,实现对有序的Au、Ag、Au-Ag纳米簇状阵列的可控制备。并将所得的Au、Ag、Au-Ag纳米簇状阵列为SERS衬底,考察前驱体浓度、反应温度、不同的有序的PS-b-P4VP模板等影响因素对Au、Ag、Au-Ag纳米簇状阵列的SERS性能的影响。本论文主要研究结果如下:以PS-b-P4VP有序薄膜为模板制备Au纳米簇状阵列,并对其SERS性能进行研究。在HAuCl4浓度为0.024 mol·L-1,紫外光照射下,反应温度为80 oC,反应时间为3 h时可制备出有序性最佳的Au纳米簇状阵列。以Au纳米簇状阵列为SERS活性基底,其对R6G的检测极限低达1×10-8 mol·L-1,其拉曼信号的RSD均低于11%,说明该Au簇状阵列SERS性能具有良好的稳定性。可以对CV、4-ATP及2-NAT均有良好的SERS效果。以PS-b-P4VP有序薄膜为模板制备Ag纳米簇状阵列。在AgNO_3乙醇水溶液浓度为0.015 mol·L-1(其中乙醇:水的体积比为1:3)时,紫外光照射下,反应温度为80 oC,反应时间为3 h时可制备出有序性最佳的Ag纳米簇状阵列。以Ag纳米簇状阵列为SERS活性基底,此外拉曼信号的RSD均低于13%,说明该Au簇状阵列SERS性能具有良好的稳定性。且其对R6G的检测极限低达1×10-9 mol·L-1,此外,对CV、4-ATP及2-NAT均有良好的SERS效果。以Au/PS-b-P4VP有序薄膜为模板制备Au-Ag纳米簇状阵列。在AgNO_3溶液的浓度为0.01 mol·L-1时,紫外光照射下,反应温度为80 oC,反应时间为1 h时可制备出有序性最佳的Au-Ag纳米簇状阵列。分别以不同浓度的AgNO_3溶液制备出的Au-Ag纳米簇状阵列为SERS活性基底,随着AgNO_3溶液浓度的逐渐增加,表面拉曼增强性能逐渐增加,增强因子高达3.59×107;Au-Ag纳米簇状阵列SERS基底的稳定性极佳,拉曼信号的RSD均低于10.5%,且其对R6G的检测极限低达1×10-10 mol·L-1,此外,对CV、4-ATP及2-NAT均有良好的SERS效果。
【关键词】：嵌段共聚物 溶剂退火 自组装 纳米簇状阵列 SERS
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O657.37
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-26
• 1.1 表面增强拉曼（SERS）简介15-17
• 1.1.1 SERS效应15
• 1.1.2 SERS增强机理15-17
• 1.1.3 表面增强拉曼的优势17
• 1.2 表面增强拉曼的应用17-20
• 1.2.1 生物医学检测18-19
• 1.2.2 食品安全与环境检测19-20
• 1.2.3 生物传感器20
• 1.3 有序表面增强拉曼活性基底的制备20-25
• 1.3.1 纳米光刻及压印技术20-21
• 1.3.2 硬模板辅助法制备纳米活性基底21-22
• 1.3.3 自组装法制备纳米活性基底22-24
• 1.3.4 SERS活性基底制备中的问题24-25
• 1.4 研究思路及创新之处25-26
• 第2章 嵌段共聚物有序薄膜的制备26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 实验试剂和仪器26-27
• 2.2.2 石英片前处理27-28
• 2.2.3 PS-b-P4VP有序薄膜的制备28
• 2.2.4 薄膜的表征28
• 2.3 PS-b-P4VP有序薄膜的表征与分析28-30
• 2.4 结果与讨论30-34
• 2.4.1 退火时间不同对PS-b-P4VP(48K/25K)薄膜的有序性的影响30-31
• 2.4.2 PS-b-P4VP(48K/25K)溶液的浓度对其有序性的影响31-33
• 2.4.3 不同相对分子质量的PS-b-P4VP对其有序性的影响33-34
• 2.5 结论34-35
• 第3章 Au纳米簇状阵列的制备及其表面增强拉曼性质研究35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 实验部分35-37
• 3.2.1 实验试剂和仪器35-36
• 3.2.2 Au纳米簇状阵列的制备36-37
• 3.2.3 Au纳米簇状阵列作为SERS基底37
• 3.3 A纳米簇状阵列的表征与物相分析37-39
• 3.3.1 Au纳米簇状阵列的形貌表征37-38
• 3.3.2 Au/PS-b-P4VP有序纳米阵列薄膜的XPS分析38-39
• 3.4 结果与讨论39-45
• 3.4.1 HAu Cl4浓度对Au纳米簇状阵列的影响39-41
• 3.4.2 反应温度对Au纳米簇状阵列的影响41-43
• 3.4.3 反应时间对Au纳米簇状阵列的影响43-44
• 3.4.4 不同模板对Au纳米簇状阵列的影响44-45
• 3.5 Au纳米簇状阵列的SERS性质研究45-50
• 3.5.1 不同的温度下制备的Au纳米簇状阵列的SERS性质45-47
• 3.5.2 不同的模板制备的Au纳米簇状阵列的SERS性质47
• 3.5.3 对Au纳米簇状阵列作为SERS基底的检测极限的研究47-48
• 3.5.4 对Au纳米簇状阵列作为SERS基底的稳定性的研究48-49
• 3.5.5 对Au纳米簇状阵列作为SERS基底的普适性的研究49-50
• 3.6 结论50-52
• 第4章 Ag纳米簇状阵列的制备及其表面增强拉曼性质研究52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 实验部分52-54
• 4.2.1 实验试剂和仪器52-53
• 4.2.2 Ag纳米簇状阵列的制备53
• 4.2.3 Ag纳米簇状阵列作为SERS基底53-54
• 4.3 Ag纳米簇状阵列的形貌表征及物相分析54-55
• 4.3.1 Ag / PS-b-P4VP纳米簇状阵列的形貌及尺寸表征54-55
• 4.3.2 Ag / PS-b-P4VP纳米簇状阵列的XPS表征55
• 4.4 结果与讨论55-62
• 4.4.1 Ag NO_3浓度对Ag簇状阵列的形貌及尺寸的影响55-57
• 4.4.2 乙醇和水的比例对Ag纳米簇状阵列的形貌及尺寸的影响57-58
• 4.4.3 反应温度对Ag纳米簇状阵列的形貌及尺寸的影响58-60
• 4.4.4 反应时间对Ag纳米簇状阵列的影响60-61
• 4.4.5 不同模板对Ag纳米簇状阵列的影响61-62
• 4.5 Ag纳米簇状阵列的SERS性质研究62-67
• 4.5.1 不同浓度的Ag NO_3制备的Ag纳米簇状阵列的SERS性能62-63
• 4.5.2 不同的模板制备的Ag纳米簇状阵列的SERS性质63-64
• 4.5.3 对Ag纳米簇状阵列的SERS的检测极限的研究64-65
• 4.5.4 对Ag纳米簇状阵列的SERS性能的稳定性研究65-66
• 4.5.5 对Ag纳米簇状阵列的SERS性能的普适性的研究66-67
• 4.6 结论67-68
• 第5章 Au-Ag纳米簇状阵列的制备及其表面增强拉曼性质研究68-82
• 5.1 引言68
• 5.2 实验部分68-70
• 5.2.1 实验试剂和仪器68-69
• 5.2.2 Au-Ag纳米簇状阵列的制备69
• 5.2.3 Au-Ag纳米簇状阵列作为SERS基底69-70
• 5.3 Au-Ag纳米簇状阵列的形貌表征及物相分析70-71
• 5.3.1 Au-Ag纳米簇状阵列的形貌及尺寸表征70
• 5.3.2 Au-Ag/PS-b-P4VP 有序纳米阵列薄膜的 XPS 分析70-71
• 5.4 结果与讨论71-75
• 5.4.1 Ag NO_3浓度对Au-Ag纳米簇状阵列的影响71-73
• 5.4.2 不同Au/ PS-b-P4VP模板对Au-Ag纳米簇状阵列的影响73-74
• 5.4.3 不同分子量的 PS-b-P4VP 对 Au-Ag 纳米簇状阵列的影响74-75
• 5.5 Au-Ag纳米簇状阵列的SERS性质研究75-80
• 5.5.1 不同的Ag NO_3浓度制备的Au-Ag纳米簇状阵列的SERS性质75-76
• 5.5.2 不同模板制备的Au-Ag纳米簇状阵列的SERS性质76-77
• 5.5.3 对Au-Ag纳米簇状阵列作为SERS基底的检测极限的研究77-78
• 5.5.4 对Au-Ag纳米簇状阵列作为SERS基底的普适性的研究78-79
• 5.5.5 对Au-Ag纳米簇状阵列作为SERS基底的稳定性的研究79-80
• 5.6 结论80-82
• 结论与展望82-83
• 1 结论82
• 2 创新点与展望82-83
• 参考文献83-90
• 硕士学位期间所发表的学术论文90-91
• 致谢91-92
• 详细摘要92-96

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