金属钠米颗粒修饰银纳米线的微观结构与SERS效应研究

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纳米材料作为纳米科学技术发展的核心和重要基础,在国内外引起学者们的广泛关注。银纳米材料因具有不同于块体材料独特的物理化学性质,使其在表面增强拉曼散射(SERS)检测领域内得到广泛应用。本文选取具有高传导率的银快离子导体KAg4I5薄膜,利用固态离子学方法施加不同电流强度制备出宏观厘米级银纳米线结构,结合真空热蒸镀工艺将金、银、铜颗粒分别蒸镀在银纳米线结构表面,成功制备出厘米级金属纳米颗粒修饰银纳米线(Metal NPs/Ag NWs)结构。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对制备的金属纳米结构进行了形貌表征,利用能量色散光谱仪测定了其化学组成,并利用显微共聚焦拉曼光谱仪对不同金属纳米结构的SERS增强能力进行表征,具体内容如下:当电极两端施加3μA,6μA,9μA的外加电流强度时,成功制备出厘米级银纳米线结构,利用真空热蒸镀法在银纳米线表面蒸镀金、银、铜颗粒分别制备了金纳米颗粒修饰银纳米线(Au NPs/Ag NWs)结构、银纳米颗粒修饰银纳米线(Ag NPs/Ag NWs)结构和铜纳米颗粒修饰银纳米线(Cu NPs/Ag NWs)结构。随着电流强度增大,银纳米线直径由40nm增大到100nm,银纳米线的排列度由无序到有序再到无序。宏观银纳米线结构的长度均达到4-5cm,通过对宏观银纳米线结构的分形维数计算,进一步揭示了银纳米线结构的生长机理,结果表明,树枝状银纳米线结构与顶端优势生长有关,随着电流强度的增加,其分形维数逐渐增加。Metal NPs/Ag NWs结构表面均排列着金属纳米颗粒从而使其具有很高的表面粗糙度。选取玫瑰红B与碱性橙II分子作为探针分子研究制备的金属纳米结构作为SERS基底的表面增强拉曼散射特性。不同外加电流强度下制备的金属纳米结构SERS增强特性不同,其中外加电流为6μA制备的金属纳米线结构增强效果优于3μA和9μA。外加电流均为6μA时,银纳米线结构作为SERS基底对玫瑰红B与碱性橙II水溶液的检测浓度为10-12mol/L与10-9mol/L;Ag NPs/Ag NWs结构作为SERS基底对玫瑰红B与碱性橙II水溶液的检测浓度为10-13mol/L与10-11mol/L;Au NPs/Ag NWs结构作为SERS基底对玫瑰红B与碱性橙II水溶液的检测浓度为10-14mol/L与10-12mol/L。结果表明,高有序度和高表面粗糙度的金属纳米结构能够显著提高拉曼光谱的增强效果和检测灵敏度。将制备的金属纳米结构作为SERS基底对水溶液和牛奶溶液中的三聚氰胺进行痕量检测,结果表明,外加电流强度为6μA制备的金属纳米结构SERS增强效果最好,其中银纳米线结构对三聚氰胺水溶液和加标牛奶溶液的检测浓度分别为10-11mol/L和10-7mol/L;Cu NPs/Ag NWs结构对三聚氰胺水溶液和加标牛奶溶液的检测浓度分别为10-11mol/L和10-8mol/L;Ag NPs/Ag NWs结构对三聚氰胺水溶液和加标牛奶溶液的检测浓度分别为10-12mol/L和10-9mol/L;Au NPs/Ag NWs结构对三聚氰胺水溶液和加标牛奶溶液的检测浓度分别为10-14mol/L和10-10mol/L。这些检测浓度远低于我国制定的三聚氰胺检测标准1ppm,即7.9×10-6mol/L。本论文的研究成果对环境科学,食品安全等领域具有潜在的应用前景。
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