SiO2半导体纳米材料对Au、Ag等贵金属SERS基底特性的调控

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表面增强拉曼光谱(SERS)自1974年被发现以来因其具有极高的检测灵敏度而被广泛应用于食品安全、电化学、生物医学等诸多领域。SERS是一种能够与单分子荧光技术相媲美的技术,但是其面临的一个问题是只有极少贵金属(例如:金、银、铜等)以及碱性金属(例如:钠、钾等)才具有较高的SERS效应。因此,目前作为SERS活性基底的材料仍然主要还是金、银、铜,三者的SERS活性规律为银>金>铜。银纳米粒子在自然环境下容易被氧化而失去拉曼活性,这个缺点阻碍了其应用发展,此外银纳米粒子的形貌难以控制使得基底的普适性较差,极大的限制了SERS的应用范围。因此,亟待发展一种简单、快捷、方便而且灵敏度高、重复性好、稳定性强的SERS活性基底。本文主要用SiO2半导体纳米材料对金、银等贵金属SERS基底特性的调控方法进行了研究,并进一步探讨了其应用特性。主要工作如下:(1)通过水解正硅酸乙酯(TEOS)在银粒子的表面沉积SiO2,制备不同厚度的Ag@SiO2粒子,以辛基酚(OP)为探针测得Ag@SiO2粒子的SERS效应与OP的浓度、粒子的壳层厚度及粒子浓度等多种因素有关,其OP的最低检测限为1μg/L。与其它检测技术进行比较,十分简便,同时灵敏性很高。一方面能够获得较好的SERS增强效应,同时能够避免银粒子团聚,保证基底稳定性。(2)制备了不同核尺寸和不同壳厚的Au@SiO2纳米粒子,对壳厚一致,核尺寸不一致的纳米粒子的表面增强拉曼散射进行研究,根据FDTD法对真实条件下粒子邻近的电磁场耦合情况进行模拟。结果表明,在核尺寸一致的情况下,由于壳厚增加,粒子邻近的电磁场耦合强度不断降低,当壳厚一致,核尺寸增加,粒子邻近的电磁场耦合强度不断增强;粒径越大,壳越薄,纳米粒子邻近的电磁场耦合强度越大。(3)将获得的最优化纳米粒子应用到实际生活中研究探针分子在纳米粒子表面的吸附行为,结果表明,当探针分子的浓度与纳米粒子的浓度相同时,将获得最佳的纳米粒子表面吸附。这为以后获得超低浓度下分子的拉曼信号提供了可靠的依据。
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