磁诱导贵金属复合微球组装SERS基底及有机污染物检测性能研究

发布时间：2017-08-04 16:35

  本文关键词：磁诱导贵金属复合微球组装SERS基底及有机污染物检测性能研究

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【摘要】：近年来,随着我国工业和农业的快速发展,生存环境遭到严重破坏,尤其是工业和农业生产中的废水汇入江河和地下水,对生态环境和人体健康构成严重威胁。水体中的有机污染物如农药残留通过食物链进入人体,经过积累将会导致机体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调甚至癌症。因此对水体中农残的快速检测迫在眉睫。基于贵金属纳米结构的表面增强拉曼散射(SERS)技术能够快速无损伤的获取有机物的“指纹”特征峰,有望实现对水体中农残分子的高灵敏度快速检测。由于贵金属SERS基底的结构对探测性能具有决定性影响,因而围绕贵金属纳米结构材料的设计及控制合成成为当前研究热点。以农残分子秋兰姆为探测对象,基于本课题组前期的研究成果及该领域研究进展,我们提出以功能型单分散磁性贵金属复合微球为构筑单元,首先利用复合微球的磁分离功能实现对水体中农残分子的快速富集,其次将其通过外加磁场在玻璃基底上实现诱导组装,最终得到均一的SERS薄膜基底,有望实现对农残分子的高灵敏度和高重复性探测。为此,我们从不同的角度设计合成了单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag和Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag两种复合微球,并以其为组装单元,通过磁诱导组装构筑SERS基底,并对两种SERS基底的性能进行了表征分析。初步结果表明,基于单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球的均一薄膜对R6G和秋兰姆分子具有高灵敏度和重复性探测性能;在此基础上,通过引入TiO_2壳层(Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag),利用该壳层的光催化实现了复合微球表面的自清洁和重复利用。具体研究结果如下:1.颗粒型SERS基底具有高灵敏度探测的优势,而薄膜型SERS基底具有重复性好的特点,如何将二者有效结合起来是当前研究热点。单分散磁基复合微球的诱导组装将是实现二者结合的有效途径,基于此思路,我们以单分散磁性贵金属复合微球为合成目标,提出以单分散Fe_3O_4为核,采用二氧化硅模板激活包覆银纳米壳层的方法,实现合成单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag贵金属复合微球的控制合成。磁性内核的引入不但使前期在溶液中通过分散分离捕获农残分子变得容易,而且为磁诱导组装奠定了基础,实验结果表明,通过该思路能够实现以单分散微球为单元的均匀SERS基底薄膜的快速组装,由于贵金属微球的组装拉近了颗粒间距产生了额外的活性热点,所以灵敏度得到进一步提高。此外,通过该方法得到的SERS基底,能够实现对溶液中农残分子秋兰姆的高灵敏度探测,探测极限达到10-8 M,且在整个薄膜基底不同位置探测信号具有较好的重复性。2.基于单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球的SERS薄膜只能够实现对有机物分子的单次探测,这极大的增加了探测成本,因此基于上述研究结果,我们提出在包覆壳层中引入TiO_2光催化壳层,利用TiO_2在紫外光照的情况下催化降解银壳层表面的有机物,借助微球单元的自清洁功能实现SERS基底的重复利用。基于该思路,我们合成了单分散Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag复合微球,并以该微球为构筑单元实现了均匀薄膜SERS基底的组装。实验结果表明,在利用该基底对有机物分子R6G进行探测后,通过紫外光照降解后,对其进行重复表征发现,该微球组装的SERS基底依然能对有机物分子R6G进行高效探测,因此通过引入光催化壳层初步实现了自清洁SERS基底的开发。
【关键词】：薄膜 复合微球 表面增强拉曼散射(SERS) 自清洁
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X832;O657.37
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 引言10
• 1.2 拉曼光谱的发展历史10-12
• 1.2.1 拉曼光谱的发现10
• 1.2.2 机理和仪器10-12
• 1.3 表面增强拉曼散射光谱的研究进展12-15
• 1.3.1 拉曼光谱技术及其热区12-14
• 1.3.2 表面增强拉曼光谱的机理14-15
• 1.4 表面增强拉曼散射（SERS）基底的类型15-20
• 1.4.1 微纳米贵金属颗粒SERS基底15-17
• 1.4.2 有序薄膜SERS基底17-20
• 1.5 表面增强拉曼散射技术的应用20-23
• 1.6 本论文的选题依据和主要内容23-25
• 参考文献25-32
• 第二章 磁基贵金属复合微球的制备、组装SERS基底及有机物探测的研究32-46
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-35
• 2.2.1 实验试剂33-34
• 2.2.2 样品的制备34
• 2.2.3 样品表征34-35
• 2.3 结果和讨论35-42
• 2.3.1 单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球的表征35-36
• 2.3.2 单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球生长过程研究和表征36-38
• 2.3.3 单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球磁诱导组装研究38-39
• 2.3.4 单分散Fe_3O_4@SiO_2@Ag复合微球的SERS性能研究39-42
• 2.4 本章小结42-43
• 参考文献43-46
• 第三章 磁基自清洁贵金属复合微球的制备、组装SERS基底及有机物探测的研究46-60
• 3.1 引言46-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 实验药品48
• 3.2.2 样品的制备48-49
• 3.2.3 样品的表征49-50
• 3.3 结果与讨论50-55
• 3.3.1 单分散Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag复合微球的表征50-51
• 3.3.2 磁诱导组装过程研究51
• 3.3.3 生长过程研究和表征51-53
• 3.3.4 单分散Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag复合微球的SERS和光催化性能研究53-55
• 3.3.5 单分散Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2@Ag复合微球的重复性探测研究55
• 3.4 本章小结55-57
• 参考文献57-60
• 第四章 总结与展望60-62
• 4.1 总结60
• 4.2 问题与展望60-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62-63
• 致谢63-64

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本文编号：620621