基于DFT的间羟基苯甲酸分子表面增强拉曼光谱研究

本文研究了间羟基苯甲酸(m-hydroxybenzoic acid,MHBA)的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对MHBA分子进行了几何结构优化,在此基础上计算了MHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,间羟基苯甲酸分子通过羧基与羟基共同吸附构型的计算结果比该分子通过羧基吸附构型的计算结果更符合实验值。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。     

金溶胶中邻羟基苯甲酸吸附行为的密度泛函理论与实验研究

研究了邻羟基苯甲酸(OHBA)的常规拉曼散射(NRS)光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。以氯金酸为原料,柠檬酸三钠为还原剂,用化学还原法制备了球形的金纳米粒子溶胶,采用激光显微拉曼光谱仪(激发波长为785 nm),测定OHBA分子的NRS光谱及其吸附在Au纳米颗粒上的SERS光谱。同时,应用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Au)水平上,对OHBA分子进行了结构优化,在此基础上计算了OHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,OHBA分子通过羧基吸附构型的计算值比通过羟基吸附构型的计算值与实验值符合的更好。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。通过对邻羟基苯甲酸分子拉曼谱峰的详细指认能够得出：Au溶胶中的邻羟基苯甲酸分子,是通过羧基倾斜地吸附在Au纳米颗粒表面的。可视化软件直观形象地展示出了该分子的结构特征和分子基团振动情况,对其振动峰位的归属提供了重要依据。本文工作对推进邻羟基苯甲酸在生物医药等领域进一步的应用具有重要作用。     

运用表面增强拉曼散射(SERS)和密度泛函数理论(DFT)模拟计算研究对硝基苯胺在金纳米颗粒表面吸附行为

在沉积金纳米颗粒的干燥滤纸上进行对硝基苯胺的表面增强拉曼散射(SERS)光谱研究,并与对硝基苯胺在金胶水溶液中的表面增强拉曼散射(SERS)光谱相比,分子拉曼光谱发生了很大变化。同时利用DFT理论计算对硝基苯胺在金胶颗粒上的吸附行为的拉曼光谱。DFT理论模拟计算和FI-Raman实验分析都表明这种变化源于对硝基苯胺的不同吸附方式。SERS和DFT结合研究分子的吸附是一种有效的技术。     

苯甲酸的羟基取代物在银纳米颗粒表面的吸附行为的研究

分别以覆银滤纸和银胶溶液中的银纳米颗粒为基底,对苯甲酸的三种羟基取代物(n-HBA,n=P,M,O)进行了表面增强拉曼散射(SERS),发现PHBA分子在覆银滤纸上的SERS光谱和银胶中的SERS光谱明显不同,而MHBA分子和OHBA分子在两种基底上的SERS光谱却很相近。分析表明这些变化都来源于分子在银纳米颗粒表面吸附行为的变化,基底的表面特性和分子的表面构型对分子在基底表面的吸附行为会产生很大的影响。     

对炔基苯硫酚在银纳米粒子上的SERS光谱理论研究

对炔基苯硫酚分子吸附在银纳米粒子上表现出较强的表面增强拉曼光谱(SERS)信号。本文采用密度泛函理论(DFT)对炔基在银纳米粒子上不同吸附方式以及振动光谱进行了计算分析。研究结果表明,当炔基与金属之间有相互作用时,C≡C键伸缩振动的频率红移,拉曼强度显著增强。同时也从分子与金属作用角度初步探讨了实验所观测谱线宽度增宽的现象。此外,通过含时密度泛函理论(TD-DFT)进一步研究了吸附分子与金属之间的电荷转移性质,并分析了其预共振拉曼光谱。该工作初步建立了在银表面上炔键的吸附构型与SERS光谱之间的关系。     

糠醛分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对糠醛(furfural,FUR)分子进行了几何结构优化,并计算了FUR分子的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱和FUR与Ag原子以及Ag2和Ag4团簇吸附的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。结果表明,理论值与已有的实验值符合得较好,采用FUR-Ag4吸附构型的计算结果比FUR-Ag和FUR-Ag2吸附构型的计算结果更符合已有实验值。最后,通过Gauss View可视化软件,对FUR分子的振动频率进行了更为全面地归属。通过FUR分子SERS与NRS的比较,可得出FUR分子与Ag原子发生了相互作用,且被吸附的糠醛分子的杂五环是与银表面垂直的。     

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。     

杀线威在Fe_3O_4/Ag纳米磁粒上的吸附及表面增强拉曼光谱研究

采用共沉淀法合成了Fe_3O_4磁性纳米颗粒,进一步以柠檬酸三钠还原法制备出了具有SERS活性的Fe_3O_4/Ag磁性包覆修饰材料,用紫外可见吸收光谱、能谱及透射电镜对结构与形貌进行表征,发现所制备的Fe_3O_4/Ag纳米材料粒径约为30~60nm,形貌规整接近球形,经测试Fe_3O_4/Ag材料很容易被磁铁收集,能够满足分散萃取再收集的需要。根据密度泛函理论(DFT)对杀线威(Oxamyl)、Oxamyl-Ag和OxamylAg4进行了理论结构优化计算,得到了杀线威的理论拉曼光谱和与Ag表面增强拉曼光谱及其谱峰的归属,结合表面增强拉曼光谱(SERS)测定,研究了杀线威在Fe_3O_4/Ag表面的吸附行为和增强效应,测算得到杀线威在Fe_3O_4/Ag表面上的增强因子为2.08×105。研究表明:理论计算的杀线威拉曼光谱与测定的拉曼光谱具有较好的一致性,DFT理论计算中发现研究分子与活性Ag原子作用越多,与实测值常规拉曼NRS越接近;杀线威以双键侧N原子和S原子与Fe_3O_4/Ag表面吸附作用为主;双键侧N优先与Ag吸附成键后,整个分子靠近Ag表面,最终使得双键侧N原子与S原子共同吸附在Ag表面;Fe_3O_4/Ag磁性纳米复合材料具有显著的富集吸附和拉曼增强作用;可利用其作为拉曼基底,以实现SERS光谱法对杀线威农残的快速分析检测。     

银胶体系中皮考酸的原位变温表面增强拉曼散射研究

研究了温度对皮考酸(2-吡啶羧酸)分子在银胶体系中表面增强拉曼散射(SERS)谱的影响。变温范围在22℃～80℃时,皮考酸吸附在银纳米颗粒表面的SERS谱是可逆的,说明银胶体系在此温度范围内是一种稳定的SERS活性基底。银胶与皮考酸的混合液在持续加热的过程中,SERS谱的整体强度增强,但各谱峰的相对强度变化不大,分析认为在22℃～80℃范围内,皮考酸分子在银纳米颗粒表面的吸附方式基本不变,一直以羧基和N原子上的孤对电子共同作用侧立吸附在银纳米颗粒表面,文中还解释了SERS强度整体增强的原因。     

激光拉曼光谱研究苏丹红Ⅲ分子的吸附方式

用近红外傅里叶拉曼光谱研究了苏丹红Ⅲ分子在覆银纳米颗粒的抛光铝片表面上的吸附行为,得到了一系列高质量的增强拉曼散射（SERS）谱图。对苏丹红Ⅲ分子在银胶溶液、覆银滤纸、覆银粗糙铝片上的SERS谱进行比较,结果表明苏丹红Ⅲ分子在各基底上与银纳米颗粒表现出不同的吸附行为。在银胶溶液中,苏丹红Ⅲ分子主要是通过N=N双键吸附在银纳米颗粒上的;在沉积了银纳米颗粒的滤纸表面,同样地,主要是由N=N双键吸附;而在沉积了银纳米颗粒的抛光铝片表面,不仅N=N双键参与了吸附,苏丹红Ⅲ分子中的羟基与银颗粒有相互作用,并且铝片上的氧化铝颗粒也可能吸附了苏丹红Ⅲ分子。     

巯基苯甲酸在电化学沉积的金/银薄膜表面的吸附行为

通过表面增强拉曼散射(SERS)技术和密度泛函理论(DFT)研究对巯基苯甲酸自组装在电化学沉积的金和银薄膜表面的吸附行为.结果表明电化学沉积的金和银薄膜是良好的SERS活性基底. 通过对巯基苯甲酸的SERS光谱分析和DFT理论计算,以及表面选择定则,得到了对巯基苯甲酸主要通过羧基自组装在电化学沉积银膜表面,并且苯环表面可能和银表面有一倾角,对巯基苯甲酸主要通过硫原子和金表面相互作用,并且苯环平面可能和金膜表面有一个倾角     

Surface‐enhanced Raman scattering study of the red dye laccaic acid

FT‐Raman and surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy were applied to the study of lac dye, a highly fluorescent anthraquinone red dye. The SERS spectra were obtained at different pH values, on Ag nanoparticles prepared by chemical reduction with citrate and hydroxylamine, and at several excitation wavelengths, in order to find the best experimental conditions for the detection of the lac dye. The lower detection limit was achieved using nanoparticles prepared by reduction with hydroxylamine, excitation at 514.5 nm, and slightly acidic pH conditions, thus exploiting a combination of factors including lower electrostatic repulsion between dye and nanoparticles and resonance Raman enhancement. A comparison between the adsorption of laccaic acid (LA) and carminic acid (CA), another anthraquinone red dye, was also done, based on the SERS spectra of both dyes. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of Methyl Orange in Ag colloids prepared by electrolysis method

Polyvinyl alcohol (PVA)-protected Ag colloids were prepared by an electrolysis method. The surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of Methyl Orange (MO), one of the Azo-dye molecules, in Ag colloids were successfully recorded with good concordance comparing to the theoretical results calculated by the Gaussian’98 program. The MO was adsorbed on the surface of Ag nanoparticles by trans-form which plays an important role for the SERS effect. However, the SERS spectra of MO in Ag colloids prepared by chemical reduction method did not appear which may be because of the competition of the borate or citrate ions with the MO. In order to test the applicability of these colloids, the SERS spectra of Sudan red (III) (SR), another of Azo-dye molecules, were measured and the result was good.     

半胱氨酸作为耦联剂制备的纳米银膜上的SERS研究

在直流10V电压下电解聚乙烯醇和硝酸银的混合液3h制备纳米银胶,将经过半胱氨酸修饰后的载玻片浸入银胶24h制得纳米银膜。用紫外可见分光光度计对银胶进行了观测,由于其吸收峰半高宽较窄可知银胶中纳米银颗粒粒径分布较为均匀。同时,使用扫描电镜对银膜进行了表征。通过对半胱氨酸分子SERS信号的分析得出了纳米银粒子在玻璃表面上可能的组装方式。以结晶紫(Crystal Violet)和孔雀石绿(Malachite Green)作为探测分子,采用便携式拉曼光谱仪测得两种分子不同浓度下的SERS谱。发现该方法所制得的纳米银膜有很好的表面增强效果。最后分析了半胱氨酸分子SERS信号对探针分子光谱的影响。     

2-噻吩甲酸在Fe3O4@Ag基底上的吸附及表面增强拉曼光谱

采用共沉淀法合成Fe₃O₄纳米颗粒,再以柠檬酸三钠还原AgNO₃获得了具有SERS活性的Fe₃O₄@Ag磁性纳米复合材料。基于密度泛函理论(DFT)的量子化学计算方法和表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从理论计算和实验测定表征探讨了2-噻吩甲酸(2-TCA)在Fe₃O₄@Ag表面的吸附行为和增强效应。结果表明:理论计算得到的拉曼光谱与实际测得的常规拉曼光谱基本一致,而在DFT理论计算中所键连的Ag原子数越多,与实测值就越接近。溶液的浓度和pH对拉曼增强效果有很大的影响,当溶液的pH=3且浓度为1×10^-4 mol·L^-1时有最大拉曼增强效应。峰强随2-TCA浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,浓度过大会导致大量2-TCA分子吸附聚集在Ag表面形成局部"拥堵",阻碍了激发光尤其是光谱信号的散射通过,从而减弱了拉曼增强效应。pH的变化使溶液中2-TCA分子形态发生改变,结构形态不同,其在Ag表面的吸附方式也不同。中性C₄H₃SCOOH分子以环上S:形式垂直吸附键合在Ag表面,形成S—Ag配位键而产生SERS光谱。-1价C₄H₃SCOO^-离子以S—Ag配位和O—Ag共价"双键合"侧卧方式共同吸附在Ag表面而产生SERS光谱。在Ag表面,以单独S—Ag配位键吸附或键合的能力比S—Ag配位和O—Ag共价共同吸附方式要弱,但其产生的SERS信号更强,故2-TCA中性分子比2-TCA^-离子更有利于SERS的产生。随着pH值的增加,溶液中的2-TCA由中性分子逐渐转化为-1价的C₄H₃SCOO^-离子,因而在pH>3以后,拉曼增强效应逐步减弱。     

Distinguishable behavior of multiple and individual rhodamine‐6G molecules on spherical Ag nanoparticles examined via time dependence of the SERS spectra

We report a surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) investigation to probe the adsorption and dynamic behavior of rhodamine 6 G (Rh6G) molecules on spherical Ag nanoparticles which were produced via laser ablation in liquid. Assembly of the colloidal Ag nanoparticles on a cover glass was used to work as SERS substrates on which high‐quality SERS spectra of Rh6G were obtained with interesting time dependence when using low and ultralow concentrations, respectively. The variation of SERS spectra over time was identified with the adsorption behavior of multiple and individual molecules on the Ag nanoparticles. Analysis indicates that the adsorbed Rh6G molecules can desorb away from the initial locations on the substrate under continuous laser excitation; simultaneously, some individual molecules can move and become trapped in the gap between the aggregated Ag nanoparticles. These investigations help to clarify the origins of forming ‘hot‐spots’ which host probe molecules and hence improve the understanding of mechanisms for single‐molecule SERS spectroscopy. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

水溶液银纳米晶聚集对表面增强拉曼散射的影响

由于贵金属纳米粒子独特的光学性质,基于衬底的贵金属纳米粒子薄膜表面增强拉曼散射技术在分子生物学和医学免疫分析等研究领域中显现出非常好的应用优势和潜力。本项研究工作应用柠檬酸纳作聚集剂诱导水溶液中对巯基苯甲酸修饰的Ag纳米粒子聚集,并应用以此形成的"热点"增强SERS光谱,获得了对巯基苯甲酸修饰的Ag纳米粒子聚集非常有效的4-MBA分子的SERS信号,为未来建立生物待测物的分析检测奠定前期基础。结果证明,水溶液中的Ag纳米粒子的聚集形成的"热点"具有非常好的SERS光谱增强效应。