苯硫酚吸附在新型Ag-Au合金纳米粒子上的表面增强拉曼光谱研究

以柠檬酸钠同时还原制备的Ag-Au合金纳米粒子为种子,用盐酸羟胺进一步使其生长得到粒径为40～60 nm的新型Ag-Au合金纳米粒子,采用UV-Vis光谱和TEM对纳米种子和再生长后的纳米粒子分别进行表征。两种粒子的UV-Vis光谱均只观察到一个等离子体共振峰,其频率随金的摩尔分数(x_Au)增加而红移,且TEM图像表明这两种粒子的颜色均一,因此判断这两种粒子均为合金结构。以苯硫酚为探针分子,研究了该新型合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS),结果表明吸附了苯硫酚的合金纳米粒子的紫外最大吸收峰红移,并在近红外区出现聚集体的吸收峰。在632.8 nm波长激发下,由于表面等离子体共振效应Au上的SERS信号最强,而合金纳米粒子上的SERS信号随x_Au增大而增强。     

不同Ag壳厚度Au@Ag纳米粒子的调控制备表征及表面增强拉曼光谱的效应

采用化学还原法制备了以Au为核、包覆Ag的双金属核壳Au@Ag纳米粒子,并成功地用于表面增强拉曼光谱(SERS)分析测试。通过改变制备液中Ag/Au的量比来调控Ag壳包覆厚度。采用透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)对Au@Ag纳米粒子的构貌进行表征。TEM显示明显存在核壳结构,且Ag壳层随Ag/Au的量比的增加而逐渐变厚;UV-Vis表明随着Ag/Au的量比的增加,Au@Ag纳米粒子出现了Au核与Ag壳吸收峰的2个等离子体共振峰,同时伴随着Au峰的蓝移和Ag峰的红移。以双甲脒为分析物,考察了不同Ag/Au的量比时的Au@Ag纳米粒子的SERS活性。结果表明,SERS活性随Ag/Au的量比的增加先增大后减小,在6∶5时其SERS增强效应最佳,此时Ag壳厚度约为6 nm。以对巯基苯胺(4-ATP)、结晶紫(CV)和双甲脒为分析测试对象,对比了Au@Ag、Ag、Au 3种基底的SERS活性。结果表明,所制备的Au@Ag纳米粒子的SERS活性要明显优于单纯的Au、Ag纳米粒子。     

具有双共振吸收峰的Au纳米粒子制备及其拉曼表征

表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点,迅速成为科研工作者们的研究热点,在食品安全、环境污染、毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备,金属纳米粒子的种类、尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响,要获得好的增强效果,需要对金属纳米结构进行工艺优化。特别是,需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长,以期获得更好的增强效果。为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系,开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。首先利用FDTD Solutions仿真建模,主要针对金纳米颗粒直径、金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真,得到金纳米球理论直径在50 nm左右,金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时,吸收峰分别分布在532及785 nm附近,符合多波段激励光拉曼增强条件;对于激励光偏振方向,其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近,沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。然后采用种子生长法,制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。通过改变硝酸银用量(5,10,20,30和40 μL)、盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15,17,21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量,得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。最后用该样品作为基底,罗丹明6G(R6G)作为探针分子,分别测试其在532,633和785 nm激励光入射时的SERS表征,对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1,增强因子达到了~105,满足了多波段SERS检测的需要。     

电沉积花状Au@R6G复合纳米粒子及其表面增强拉曼散射活性

采用循环伏安法(CV), 在ITO玻璃表面一步法电沉积了花状的Au@R6G(罗丹明6G)复合纳米粒子膜, 该膜呈现很强的表面增强拉曼散射(SERS)活性, 比传统制备金膜的方法提高了一个数量级。采用扫描电子显微镜(FE-SEM), X射线衍射光谱(XRD), 拉曼光谱对复合纳米粒子进行表征。通过实验发现, 电沉积20圈时的Au@R6G样品SERS信号增强最为显著, R6G的SERS检测限可达到10-10 M。     

金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的纳米金溶胶,并检测了其作为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底的性质。粒度和透射电子显微镜测试结果表明金溶胶为平均粒径30nm左右的球形颗粒,并且紫外-可见特征吸收峰出现在520nm,为典型的金纳米颗粒特征吸收峰。以罗丹明6G(R6G)为探针分子证明了金溶胶良好的SERS增强效果,用金溶胶对除草剂敌草快(DQ)进行检测,最低检测限可达1×10-7 mol/L。结果表明所制备的金溶胶具有良好的表面增强拉曼散射活性。     

银纳米粒子修饰三维碳纳米管阵列SERS实验

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”,能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒,以便获得更强的拉曼光谱信号,提出了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构作为SERS基底,并对其进行了实验研究。利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列;采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜,再通过设置不同的高温退火温度,使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子,并且银纳米颗粒的粒径、形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子,拉曼实验结果表明：R6G浓度越高,拉曼强度越强,但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化;退火温度为450 ℃,银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右,退火温度为400 ℃,银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右,退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。     

硫化钠表面增强拉曼光谱及其在味精检测中的应用研究

采用表面增强拉曼光谱(SERS)表征了硫化钠分子的振动模式,获得了硫化钠较为全面的分子结构振动信息,确定以472 cm-1的特征峰为研究对象。以金溶胶为表面增强活性基底,研究了金纳米粒子粒径对增强效果的影响,确定粒径为97 nm的金溶胶增强效果最佳。以硝酸作为促凝剂,测得不同浓度硫化钠溶液的SERS。结果表明,当硫化钠浓度低至10-6 g·mL-1时,依然可以得到明显的拉曼光谱信号,光谱强度与金溶胶和硫化钠溶液的配比有关。将这种硫化钠的检测方法应用于味精样品的检测之中。分别在不同浓度的10 mL硫化钠溶液中溶入1 g味精,检测所得溶液的SERS。结果表明,当每千克味精中硫化钠的含量为10 mg时仍可检测出SERS信号,此种方法无需样品的预处理,操作简便快捷,在味精中硫化钠的定性检测方面具有特有的优势。     

两种纳米粒子的自组装及表面增强拉曼光谱研究

在氨基硅烷化的单晶硅片表面通过静电自组装技术组装上金和金核铂壳两种纳米粒子,通过改变基底浸泡在溶胶中的时间控制基底上纳米粒子的密度。用扫描电子显微镜(SEM)对基底表面上的形貌进行表征,结果表明纳米粒子呈亚单层二维阵列分布。以吡啶(Py)为探针分子,用波长为632.8 nm的激发光作为激发光源,研究纯金和金铂复合基底上的表面增强拉曼光谱(SERS)行为。数据显示在金纳米粒子之间引入金核铂壳纳米粒子后,Py的两个特征峰的频率没有明显变化,但谱峰的强度却变弱了,其SERS信号衰减最大可至原来的24%。这是由于引入的铂的d态电子使金的等离子体激发猝灭,从而破坏了电磁场增强,使金的SERS信号衰减。     

微波加热法快速制备纳米金及其SERS活性表征

本文采用微波快速加热法,利用柠檬酸钠还原氯金酸的原理,成功还原出粒径从10nm到60nm的酒红色金溶胶。我们用此加热法对比不同加热时间以及不同还原剂的用量条件下制备出的多种粒径金溶胶,并用吸收光谱、透射电镜和拉曼光谱对其SERS活性进行表征,选择R6G、4-MBA和结晶紫作为探针分子对其进行SERS活性研究。结果表明,随着加热时间或还原剂量的增加,金纳米粒子的粒径会逐渐减小,在适宜加热时间与还原剂用量的条件下所制备的纳米金溶胶稳定性较好,将其浓缩后是一种非常有效的SERS活性基底。微波加热方法简单、价格低廉,此种胶体可作为理想的SERS活性基底进行批量制备与应用。     

不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

不同形状的金纳米粒子在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)中有不同的增强效果,多面体金纳米粒子具有多角结构,显示出比金纳米板更为明显的增强效果,近年来对其合成和性质的研究备受关注。该研究探究了十二面体,二十面体,三角板,球形四种形状的金纳米粒子在SERS中不同的增强效果。分别采用硼氢化钠还原法和以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂制备金三角纳米片和二十面体金纳米粒子,又以二十面体金纳米粒子为种子制备出十二面体金纳米粒子,并分别以以上三种不同形貌的金纳米粒子及球形金溶胶为基底,4-巯基吡啶,对巯基苯甲酸为探针分子检测了其在不同激发波长下的增强效果。透射电子显微镜结果表明金三角纳米板的平均边长为130nm,二十面体和十二面体金纳米粒子的粒径分别为100和120nm。三者的紫外可见吸收峰分别在589,598和544nm处。表面增强拉曼散射结果表明金多面体比金三角纳米板表现出更好的增强效果。     

Au/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼散射光谱(SERS)已用于环境监测、生物医药、食品卫生等领域,而高活性SERS基底是表面增强拉曼散射光谱技术应用的关键。TiN作为新型等离子材料具有较强的SERS性能,同时化学稳定性及生物相容性较好,但其SERS性能不如贵金属金强。该研究采用氨气还原氮化法和电化学沉积法,在TiN薄膜表面沉积贵金属Au纳米颗粒制备出Au/TiN复合薄膜。在Au/TiN复合薄膜中单质Au和TiN两种物相共存;随着电化学沉积时间延长,TiN薄膜表面单质金纳米颗粒数量逐渐增多,金纳米颗粒尺寸增大,颗粒间距减小。由于金与TiN两者的本征表面等离子共振耦合作用,Au/TiN复合薄膜的共振吸收峰发生了偏移。利用罗丹明6G为拉曼探针分子,对Au/TiN复合薄膜进行SERS性能分析,发现Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼峰信号强度随沉积时间延长呈现先增大后减小的规律;当电化学沉积时间为5 min时,R6G拉曼信号峰较高,复合薄膜样品的SERS活性最大。将Au/TiN复合薄膜和Au薄膜分别浸泡在10-3,10-5,10-7,10-8及10-9 mol·L-1 R6G溶液5 min,进行检测限分析,发现Au/TiN复合薄膜检测极限达10-8 mol·L-1,增强因子达到8.82×105,与Au薄膜和TiN薄膜相比,Au/TiN复合薄膜上对R6G探针分子SERS活性最高。这得益于Au/TiN复合膜中表面等离子体产生的耦合效应,使得局域电磁场强度增强,从而引起R6G探针分子拉曼信号增强。通过2D-FDTD模拟电场分布发现Au/TiN,Au及TiN薄膜具有电场增强作用,其中Au/TiN复合薄膜的增强作用尤为显著,这也证实了氮化钛与金纳米颗粒之间存在耦合效应。另外发现TiN与Au之间可能存在电荷转移,促进了4-氨基苯硫酚氧化反应,进而证实了TiN与Au薄膜的协同作用。此外,Au/TiN复合薄膜均匀性较好,相对平均偏差仅为7.58%。由此可见,采用电化学沉积制备的Au/TiN复合薄膜具有作为SERS基底材料的应用潜力。     

Improved performances on surface‐enhanced Raman scattering based on electrochemically roughened gold substrates modified with SiO2 nanoparticles

In this work, we use electrochemical oxidation–reduction cycles (ORC) methods to prepare surface‐enhanced Raman scattering (SERS)‐active gold substrates modified with SiO₂ nanoparticles to improve the corresponding SERS performances. Based on the modified substrates, the SERS of Rhodamine 6G (R6G) exhibits a higher intensity by 3‐fold of magnitude, as compared with that of R6G adsorbed on a SERS‐active Au substrate without the modification of SiO₂ nanoparticles. Moreover, the SERS enhancement capabilities of the modified and the unmodified Au substrates are seriously destroyed at temperatures higher than 250 and 200 °C, respectively. These results indicate that the modification of SiO₂ nanoparticles can improve the thermal stability of SERS‐active substrates. The aging in SERS intensity is also depressed on this modified Au substrate due to the contribution of SiO₂ nanoparticles to SERS effects. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Characterization and optimization of AuNPs labeled by Raman reporters on glass based on silver enhancement

In this report, gold nanoparticles (AuNPs) labeled by Raman reporters (AuNPs‐R6G) were assembled on glass and used as the seeds to in situ grow silver‐coated nanostructures based on silver enhancer solution, forming the nanostructures of AuNPs‐R6G@Ag, which were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and UV‐visible spectroscopy. More importantly, the obtained silver‐coated nanostructures can be used as a surface enhancement Raman scattering (SERS) substrate. The different SERS activities can be controlled by the silver deposition time and assembly time of AuNPs‐R6G on glass. The results indicate that the maximum SERS activity could be obtained on AuNPs‐R6G when these nanostructures were assembled on glass for 2 h with silver deposition for 2 min. In addition, the reproducibility of SERS signal on the fabricated nanostructures is very high with the intensity error lower than 15%, which has great promise as a probe for application in bioanalysis. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

A facile method for the synthesis of large‐size Ag nanoparticles as efficient SERS substrates

Silver nanoparticles (Ag NPs) enjoy a reputation as an ultrasensitive substrate for surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS). However, large‐scale synthesis of Ag NPs in a controlled manner is a challenging task for a long period of time. Here, we reported a simple seed‐mediated method to synthesize Ag NPs with controllable sizes from 50 to 300 nm, which were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and UV–Vis spectroscopy. SERS spectra of Rhodamine 6G (R6G) from the as‐prepared Ag NPs substrates indicate that the enhancement capability of Ag NPs varies with different excitation wavelengths. The Ag NPs with average sizes of ~150, ~175, and ~225 nm show the highest SERS activities for 532, 633, and 785‐nm excitation, respectively. Significantly, 150‐nm Ag NPs exhibit an enhancement factor exceeding 10⁸ for pyridine (Py) molecules in electrochemical SERS (EC‐SERS) measurements. Furthermore, finite‐difference time‐domain (FDTD) calculation is employed to explain the size‐dependent SERS activity. Finally, the potential of the as‐prepared SERS substrates is demonstrated with the detection of malachite green. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

金纳米颗粒阵列基底的化学置换制备及其表面增强拉曼散射特性研究

表面增强拉曼(SERS)作为一种分析手段,具有高灵敏度、高选择性、高重复性、非破坏性等优点,在过去的几十年中,被广泛应用在成分检测、环境科学、生物医药及传感器等领域。其中以金、银等贵金属纳米颗粒薄膜在表面增强拉曼(SERS)活性基底方面得到了更为广泛的应用。SERS技术一个关键的因素是如何制设计并备具有大面积、高增强能力及高重复性、可循环使用的SERS基底。通常,贵金属纳米颗粒规则阵列结构的单元颗粒电磁增强特性及其颗粒间的电磁耦合增强特性的综合作用可大力提升SERS基底的探测性能。然而,利用传统微纳米加工方法如光刻、电子束光刻等方法制备得到的贵金属纳米阵列结构的表面粗糙度不够理想。结合光刻与化学置换方法制备金纳米颗粒四方点阵列孔洞结构,并研究其作为SERS基底的电磁增强特性。具体研究利用光刻法在硅衬底上制备了规则排列的四方点阵列孔洞结构,用磁控溅射在其表面镀上金属铁膜;接着在衬底上旋涂浓度为1.893 8 mol·L-1的氯金酸液膜,在孔洞内铁和氯金酸发生置换反应,进而孔洞生成金纳米颗粒,最终得到金纳米颗粒四方点阵SERS活性基底。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子测试不同金纳米颗粒阵列结构基底的SERS谱。实验结果表明,随着化学置换反应时间的延长,金纳米颗粒排列更加紧凑有序,SERS谱增强性能更好。     

SERS activity of Au nanoparticles coated on an array of carbon nanotube nested into silicon nanoporous pillar

A novel composite structure, Au nanoparticles coated on a nest-shaped array of carbon nanotube nested into a silicon nanoporous pillar array (Au/NACNT/Si-NPA), was fabricated for surface-enhanced Raman scattering (SERS). The morphology of the Au/NACNT/Si-NPA composite structure was characterized with the aid of scanning electron microscopy, X-ray diffraction instrumentation and Transmission electron microscopy. Compared with SERS of rhodamine 6G (R6G) adsorbed on SERS-active Au substrate reported, the SERS signals of R6G adsorbed on these gold nanoparticles were obviously improved. This was attributed to the enlarged specific surface area for adsorption of target molecules brought by the nest-shaped CNTs structure.     

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。     

Enhancements in intensity and thermal stability of Raman spectra based on roughened gold substrates modified by underpotential deposition of silver

In this study, electrochemically roughened gold is modified with underpotential deposition (UPD) silver to investigate the effects on enhancements in the intensity and the thermal stability of surface‐enhanced Raman scattering (SERS). The SERS of Rhodamine 6G (R6G) adsorbed on the UPD Ag‐modified Au substrate exhibits a higher intensity by six‐fold of magnitude, as compared with that of R6G adsorbedon the unmodified Au substrate. Moreover, the SERS enhancement capabilities of UPD Ag‐modified Au and unmodified Au substrates are seriously depressed at temperatures higher than 200 and 150 °C, respectively. It indicates that the modification of UPD Ag can significantly depress the thermal destruction of SERS‐active substrates. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.