研究界面多相吸附动力学的一个新方法——表面增强喇曼散射方法

提出利用表面增强喇曼散射(SERS)效应研究化学吸附动力学,给出了理论模型和实验方法。研究了结晶紫(CV)和对氨基苯甲酸(PABA)在银镜及银胶表面吸附。发现在银镜和银胶表面上,CV的吸附是匀相的,PABA则是多相的;表面形态的差异不影响表面多相因子和脱附速率常数(K_d=0),只对吸附速率常数有影响。讨论了表面多相因子的意义。 关键词：     

氯离子对银胶中表面增强喇曼散射效应的影响

讨论氯离子对银胶体系中对氨基苯甲酸(PABA)和吡啶(pyr)的表面增强喇曼散射(SERS)效应的影响。观察PABA在银胶中的SERS,氯离子的影响以及SERS强度-时间关系。发现氯离子的竞争吸附破坏PABA分子的类固相吸附并伴随着分子吸附状态的改变,从而导致SERS强度的减弱。研究PABA/银胶与pyr/银胶混合后添加氯离子的影响。同时观察氯离子对银胶中PABA和pyr光吸收的影响。发现氯离子对银胶中SERS的影响主要是化学增强。     

银胶中结晶紫分子吸附动力学过程及氯离子的影响

同在吸附银镜上相似，ＣＶ在银胶上均相吸附，表面形态对化学吸附的多相性无必然影响。氯离子的存在有助于银表面上产生ＳＥＲＳ活位，使ＣＶ的ＳＥＲＳ强度增强－１０＾２倍，活位上分子的喇曼散射截面较普通吸附位置上的分子增加了１０＾５倍，吸附动力学计算结果表明所有ＳＥＲＳ活位是等价的。     

利用表面增强喇曼散射研究银表面上结晶紫分子的吸附

以表面增强曼散射为测量手段，详细讨论结晶紫分子在银镜表面上的吸附动力学。发现结晶紫的吸附是匀相的；表面形态的差异仅影响吸附速率常数，不改变多相因子（ｍ＝１）和脱附速率常数（ｋｄ＝０）。利用吸附等温线估算结晶紫分子在银镜上的吸附能，Ｕ≈５０ｋＪ／ｍｏｌ。不同银镜上ＣＶ分子的吸附能相同；但吸附位置密度有差异，银镜的增强效果与此有关。     

甲基橙-银胶体系pH和氯离子效应的光谱研究

研究了甲基橙-银胶体系的光吸收和光致发光信号随pH值和加入氯离子的变化规律.实验发现随着pH值的增加, 分子的荧光发射峰与银胶的光吸收峰的重叠增大, 引起体系中能量转移效率的增加, 即428 nm分子荧光峰的淬灭和560 nm聚集体的特征光致发光峰增强现象的加剧.另外, 不同pH值下氯离子的加入都会使染料分子更加密集的吸附在胶体银颗粒表面, 形成分子吸附更加紧密的聚集体, 造成体系中受表面吸附分子影响的光致发光峰获得了极大的增强.同时, 因聚集体表面吸附层染料分子对入射光的大量吸收, 导致到达内核银表面的入射光强度减弱, 致使体系能量转移通道在一定程度上受阻, 表现为428 nm荧光峰的淬灭幅度减小.参照分子聚集体的形成理论, 接合体系光谱的变化, 从pH值的改变和Cl^-的加入对分子结构及加剧聚集体的形成等方面的影响来解释发光和光吸收的显著变化.     

表面增强喇曼散射(SERS)光谱中影响增强效应因素的实验研究(Ⅲ)

本文研究了苯甲酸水溶液的pH值,电极外加电位对银电极表面吸附苯甲酸SERS光谱表面增强效应的影响。实验结果表明,苯甲酸以—COO~-根负离子吸附于银电极表面。通过改变溶液的pH值,使苯甲酸吸附于粗糙银电极表面,溶液pH值影响电极表面吸附苯甲酸的面密度,电极外加电位影响—COO~-根离子与银电极间的电荷迁移,电极外加电位也影响苯甲酸在粗糙银电极表面的吸附。     

二苯基乙二胺在银胶表面吸附的表面增强拉曼光谱研究

以银纳米粒子作为SERS活性基底,研究了二苯基乙二胺(DPEDA)在银表面的吸附行为,并研究了溶液的pH值和DPEDA的浓度对吸附构型的影响。对比DPEDA的Raman和SERS谱图,可以认为DPEDA是通过氮原子的孤对电子吸附在银胶表面。在酸性介质中DPEDA的氨基被质子化生成胺正离子,导致DPEDA不容易吸附到银胶表面,所以DPEDA的SERS信号强度随着溶液酸性的增加而减弱。DPEDA的浓度变化对其吸附构型中芳香环的取向影响不大,但是其C-N键与表面的角度会有一定的变化。从SERS光谱得到的信息可以加深我们对DPEDA修饰的金属催化剂的多相不对称催化机理的认识。     

氯离子对固定银纳米颗粒SERS活性的影响

通过在硅片上修饰聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对银纳米粒子进行组装,得到均一的表面增强拉曼光谱(SERS)基底。借助于此基底,在水溶液环境中,以异烟酸(INA)和罗丹明6g(R6g)作为探测分子,研究了氯离子(Cl-)对SERS增强的影响。结果表明,对于不同的探针分子,Cl-对银颗粒SERS活性的影响存在选择性。对于INA分子,在溶液中没有Cl-的情况下,分子通过羧基以锐角吸附在银颗粒表面,具有良好的SERS谱。在加入Cl-后,由于竞争吸附,INA分子脱附,SERS信号消失。R6g分子在银颗粒表面没有特异吸附,Cl-的加入并没有影响其与银颗粒的作用状态,在加入Cl-后SERS光谱没有发生显著变化。     

表面分子功能化银纳米粒子的光谱特征

通过玻片表面构筑银纳米粒子二维组装结构研究吸附分子对银粒子表面等离子体共振的影响.吸收光谱结果表明银纳米粒子表面吸附二硫代乙二酰胺分子可导致金属粒子的表面等离子体共振吸收红移,主要与金属粒子的微环境改变以及吸附分子与金属间电荷转移而导致的金属粒子内部电子密度改变有关.二硫代乙二酰胺分子通过其氨基和巯基共同吸附于金属表面.     

电化学处理后银电极的表面形貌及SERS光谱

为了了解银电极表面形貌以及表面反应产物对SERS光谱的影响,我们利用循环伏安图和扫描电子显微镜分别对0.1 MKCl溶液体系和0.1 MKCl+0.02M喹啉溶液体系中的银电极进行了研究,发现喹啉加入以后,在银电极表面产生强烈的化学吸附,并使得电极表面形貌发生了改变;不论氧化还是还原处理以后,喹啉吸附在银电极上均能产生SERS光谱,但两者产生的SERS光谱有着明显差异。     

温度对苯甲酸衍生物在银胶体系中的SERS的影响

本文报道了温度对银胶体系中的苯甲酸衍生物(PHBA,MHBA,SA)水溶液的表面增强拉曼散射(SERS)的影响。将苯甲酸衍生物水溶液与银溶胶混合后加热至沸腾,再冷却至室温(20℃左右)后测得SERS谱。将其与未加热混合液的SERS谱相比较发现这些分子加热前后的SERS谱中存在许多明显的差异。这种差异可能来自于苯甲酸衍生物在银胶颗粒表面的吸附方式的变化以及吸附的分子与溶液中残留的柠檬酸根在加热作用下发生的相互影响共同作用的结果。     

Study on Adsorption States by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

Abstract

SERS has been used as a state-resolving probe to study the adsorption states. in the case of pyridine (Py) adsorbed on the Ag electrode surface, the equilibrium and transition between two adsorbed states, i.e., the perpendicular mode adsorbed through the nitrogen lone-pair electrons and the flat mode through the π electrons of the aromatic ring, were studied. It was found that in the low pyridine concentration or the initial stage of adsorption, the flat mode was favored. While the concentration became higher and the adsorption tended to equilibrium, the adsorbed molecules would transit to the perpendicular mode. The similar phenomenon was also observed when changing the applied electric potential and the pH value of the solution. In the case of the adsorption of Methylene Blue (MB) on the HNO₃-etched silver surface, the influence of Cl^? ions on the adsorption states of MB was investigated. It showed that MB molecules adsorbed on the silver surface tended to transform from the “lying-down” state to the “end-on” state while adding Cl^? ions.     

Cu,Zn-SOD在银电极上的原位表面增强Raman光谱

本文应用原位共焦拉曼光谱技术观察了Cu ,Zn -SOD分子在经表面增强处理后的银电极上 ,吸附状态随电位跃迁变化的过程。结果表明在 -0 2V～ 0 1V的电位区间内 ,Cu,Zn -SOD分子经由羧酸根离子吸附于银电极表面 ,而在 0 2～ 0 4V电位区间内发生脱附 ,表面吸附的物种改变为缓冲溶液中的磷酸根离子。上述结果为SOD分子在固体电极表面电子传递机制的探索提供了依据。     

腺嘌呤的表面增强喇曼散射研究

本文是利用表面增强喇曼光谱研究腺嘌呤在银表面的吸附情况。为了避免外加阴离子产生的共吸附对SERS谱的影响,我们采用化学粗糙法(COR)进行银电极的表面处理。测量了不同电位时腺嘌呤的SERS谱,发现电位从正向负变化时腺嘌呤会以竖立武吸附变成接近平躺吸附。     

Giant Raman Scattering Spectra of the Molecular Complex Doxorubicin–DNA

We have investigated the giant Raman scattering spectra of the doxorubicin–DNA complex adsorbed on the surface of annealed thin silver films modified by sodium chloride. It is found that doxorubicin interacts with DNA via carbon groups with involvement of their electron system into interaction. Heating of a substrate in the process of adsorption from 20 to 37°C leads to a sharp increase in the number of chemisorbed molecules as a result of the thermally activated formation of specific adsorption sites. It has been found that in adsorption of the doxorubicin–DNA complex on the substrate surface, the chromophore molecules are oriented predominantly in parallel with the surface of the metal.     

表面增强拉曼光谱研究胞嘧啶在银胶上的吸附行为

为探讨胞嘧啶(Cytosine,Cy)在基底银表面的吸附特性和规律,采用表面增强拉曼散射(SERS)光谱对其吸附行为进行分析,并结合量子化学密度泛函理论(DFT)/B3LYP计算方法对Cy分子的常规拉曼光谱(NRS)及Cy与Ag团簇吸附的SERS光谱进行计算,与测定结果进行比对且对其拉曼峰进行系统指认及归属,理论计算结合实测值探讨了Cy在基底Ag上的增强效应和吸附行为。考察了Cy分子在Ag纳米粒子上的不同吸附时间、浓度、pH等条件对SERS光谱的影响及优化,发现pH影响最大,在中性和强碱性条件下的增强效应明显优于酸性。Cy分子存在2种不同的异构体和3种不同的存在形态,并随酸度变化相互转化而达动态平衡。基于Cy在不同pH时的形态分布和相应的SERS变化规律,结合DFT算得的Cy分子中的电荷分布及在银基底表面的吸附机制,详细探讨了酸碱对Cy分子的SRES光谱影响的内因和吸附机理,指出在中性和弱碱性时,是Cy中的N3和O与Ag形成配位吸附;在pH大于11时,N与Ag形成配位吸附,而O与Ag形成共价吸附。     

STUDY OF HOMOGENEOUS ADSORPTION KINETICS OF CRYSTAL VIOLET

The adsorption kinetica of crystal violet (CV) on silver mirror and two different kinds of silver sols is studied. The adsorption of CV on silver is homogeneous. It is confirmed that the topography of the surface affects only adsorption rate constant, while it does not change heterogeneity parameter. The similar behavior of enhancement factor and adsorption rate constant of CV in the two silver sols is discussed. The adsorption energy of CV and the concentration of adsorbed sites on the surface are estimated by adsorption isotherm. It is found that the enhancement effect on the silver mirror is determined by the concentration of adsorbed sites on surface.