贵金属/半导体复合SERS基底的制备及在染料分子检测中的应用

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印染废水中含有苯系、蒽醌、苯胺等化合物,具有致癌、致畸、致突变毒性,严重污染着人类的生存环境。传统的印染废水中有机物的检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法、气相-液相色谱联用法等,然而这些方法操作复杂、成本高昂。基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的检测技术凭借着灵敏度高、操作简单、对样品无损性等优点在环境污染物等检测领域有广阔的应用前景。实现基于SERS检测的方法的关键是制备高SERS活性以及信号均匀性的基底。本论文构筑了三种高SERS活性以及信号均匀性的贵金属/半导体复合SERS基底,基于制备的三种基底实现了对常见印染废水中染料分子的检测。本文具体研究内容和结果如下:(1)发明了一种金纳米粒子修饰的HKUST-1纳米棒阵列SERS基底的制备方法。首先利用化学刻蚀法在Cu网上得到的Cu(OH)2纳米棒阵列,然后将Cu(OH)2纳米棒浸泡在1,3,5-均苯三甲酸溶液中得到HKUST-1纳米块组装的纳米棒阵列,进而在其表面修饰溅射金纳米粒子制备Cu网/Cu(OH)2@HKUST-1@Au复合SERS基底。通过调控Cu(OH)2纳米棒生长时间、HKUST-1沉积时间、溶液浓度、溅射金纳米粒子的时间等条件,获得性能优异的纳米复合SERS基底。基于此SERS基底实现了罗丹明6G(R6G)分子10-9 M的低浓度检测,在有毒染料分子等污染物检测领域具有一定的应用前景。(2)开发了一种银纳米粒子修饰的聚丙烯腈(PAN)纳米柱@Fe2O3纳米棒@Ag纳米颗粒的结构阵列SERS基底的制备方法。首先以PAN纳米柱阵列薄膜为基材,利用水热法构筑了大面积均匀有序的PAN纳米柱@Fe2O3纳米棒阵列,再在其表面修饰银纳米粒子,从而得到高度有序的PAN纳米柱@Fe2O3纳米棒@Ag纳米颗粒阵列基底。研究了水热反应时间、溅射Ag纳米颗粒的时间对基底形貌和SERS活性的影响,并且对基底的灵敏度和均匀性进行表征。PAN纳米柱@Fe2O3纳米棒@Ag纳米颗粒阵列对染料分子R6G以及4-氨基苯硫酚(4-ATP)具有优异的敏感性。(3)开发一种Ag纳米颗粒修饰的氧化铜(Cu O)纳米棒结构阵列基底(Cu网@Cu O纳米棒@Ag纳米颗粒),研究Cu O纳米棒的调控影响因素,通过调控Ag纳米颗粒溅射时间,得出SERS基底的最佳制备参数。基于Cu网@Cu O纳米棒@Ag纳米颗粒阵列实现了10-9M 4-ATP以及10-10M R6G分子的检测,在染料分子检测中具有良好的应用前景。
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