基于杂化钙钛矿纳米片的表面增强红外光谱研究

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红外光谱是一种可以检测有机分子结构、电荷状态、吸附取向的表征手段,然而较低的灵敏度限制了其应用。自1980年表面增强红外光谱被发现以来,已有金属纳米材料、石墨烯、半导体等材料作为表面增强红外光谱的基底得到研究和应用,其主要研究方法是通过制备方法改变材料对近红外或中红外区域光子的感应能力,使得材料吸收红外区域光子能量后传递给被检测分子,增大被检测分子的振动幅度,从而增强检测物的红外信号。有机无机杂化钙钛矿是一类有机与无机分子通过自组装形成的新型复合晶体材料,具有超晶格量子阱结构,表现出优异的光学性能。本文通过溶剂交换法,制备出能带结构可调的杂化钙钛矿纳米片,并对产物进行系列表征。在探究能带结构的同时,将其制备的薄膜应用于四种硝基苯类化合物的表面增强红外吸收现象研究,并探究这一方法在爆炸物定性定量检测中的可行性。具体研究内容如下:首先,优化实验过程,通过前驱体中不同的长短链有机组分配比制备不同能带结构的杂化钙钛矿纳米片。对产物进行了扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、紫外-可见光谱、光致发光光谱等表征,并通过光谱探究其能带结构,证明了杂化钙钛矿纳米片量子阱结构中的电子被中红外区域的光子激发的可能性,为钙钛矿纳米片在红外检测过程中吸收光子能量并传递给吸附在表面的检测分子的机理提供理论基础。其次,对比某一浓度下,四种硝基苯类化合物吸附在杂化钙钛矿纳米片薄膜表面与吸附在空白基底时的红外信号强度,实验结果证明杂化钙钛矿纳米片薄膜能有效增强吸附在其表面的检测分子的信号,最大增强倍数可超过25倍。由于钙钛矿会将能量传递给直接吸附接触的检测分子,因此这一增强效果随着检测分子数量减少而增大。最后,探究基于钙钛矿纳米片薄膜基底的表面增强红外光谱对爆炸物的定性、定量分析方法的可行性。实验结果证明:当检测物吸附在杂化钙钛矿纳米片薄膜表面时,其红外特征峰峰高和浓度之间有良好的线性关系,且红外检测限大大降低,而一些爆炸物制备过程中的干扰物也并不会影响红外检测的结果,从而证实了这一方法的可行性。
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