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。     

硫代水杨酸在银表面的化学吸附及其表面增强拉曼光谱研究

采用电化学法对Ag电极粗糙活化,进而对含巯基基团的硫代水杨酸(TSA)进行表面增强拉曼光谱(SERS)研究。研究表明,溶液浓度与pH对增强效应影响显著,1×10-3 mol·L-1与pH 4分别为增强效应的最佳浓度与酸度。浓度增大由于空间位阻等因素影响而增强效应急速下降。由TSA化学吸附所产生的S—Ag峰位基本不随pH改变;但pH对峰强度有显著影响。经对TSA在不同pH下的分布和机理研究表明,TSA是通过中性C₆H₄(COOH)SH分子中的硫醇端基脱H后与活化的Ag表面进行吸附,形成S—Ag化学键而产生SERS光谱。在较强碱性条件下负一价的C₆H₄(COO-)SH 可能与OH- 形成竞争吸附而不易产生SERS;同时吸附基团巯基对羧基振动谱峰的变化以及对苯环共轭体系中的电子云分布有很大影响。     

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。     

L-半胱氨酸-金属离子配合物的表面增强拉曼光谱研究

利用拉曼光谱仪测定L-半胱氨酸(L-Cys)的常规拉曼光谱(NRS)和表面增强拉曼光谱(SERS),发现L-Cys在纳米银棒上有明显的拉曼增强效应,对分子特征峰进行了归属,研究L-Cys在银纳米棒基底表面吸附机理,在固体NRS中在2 576 cm-1出处有明显的S-H伸缩振动峰,而SERS中没有出现,实验表明纳米银棒与L-Cys巯基上的S原子形成了Ag-S键,C-O和C-N伸缩振动有明显的增强。在不同pH值条件下,分析了L-Cys的拉曼光谱差异,探讨吸附行为的变化。在pH值为6时,S-H的伸缩振动峰基本消失,形成了稳定的S-Ag键;随着pH值增加趋于碱性时,羧基易失去H原子形成-COO-易与银发生吸附作用且振动峰增强。在pH值为7时,S原子与Ag形成稳定的S-Ag键,C-O和C-N的振动峰也最稳定。选择在pH值为7的条件下,在L-Cys溶液中加入Na+,Mg2+和Cu2+ 等10种金属盐,发现Al3+,Cu2+,Zn2+,Cd2+和Hg2+ 使L-Cys分子的结构发生了改变,金属离子与L-Cys另一端羧基发生作用,其中Cu2+,Zn2+,Cd2+和Hg2+随半径增大与S原子的孤电子发生作用越大。探讨了在不同pH值、不同比例和不同浓度下,金属离子与L-Cys作用SERS的变化,随着pH值、比例和浓度的增大,峰的强度有减小趋势。Cu2+与L-Cys作用的SERS信号很弱,Hg2+与L-Cys作用只出现了一个C-O的振动峰,说明Hg2+完全破坏了L-Cys的空间构型。该研究对蛋白质变性等的研究提供了重要参考信息。     

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10~(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.     

2,3-二巯基丁二酸在银表面的电化学表面增强拉曼光谱及电还原特性

采用原位电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS)和电化学还原方法,研究了内消旋-2,3-二巯基丁二酸(DMSA)在活化的银电极上的吸附行为。通过模型分子DMSA进行结构优化的密度泛函理论计算,得到了理论拉曼光谱。在相同的DMSA自组装时间条件下,其在Ag电极表面的覆盖度倒数与溶液浓度倒数成线性关系,说明DMSA单分子层在活性Ag表面的化学吸附遵循Langmuir等温吸附模型。在酸性介质中,DMSA浸置自组装50 min后,SERS峰强趋于稳定,达到了该浓度下的动态吸附平衡。EC-SERS信号随施加电位的负移逐渐减弱至基本消失。通过计算探针分子DMSA在不同电位下的增强因子(EF),指出较负电位下存在着还原/脱附作用,使得Ag表面的拉曼活性降低,尤其在小于-0.4 V的还原电位时,增强因子显著减小。     

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。     

苯并三唑表面配位化学的电化学现场拉曼光谱研究

用电化学现场表面增强拉曼光谱(SERS)研究了非水体系中苯并三唑(BTAH)在银电极表面的吸附及成膜行为,结果表明非水体系中BTAH的吸附行为随电位变化而不同。较负区间主要以中性分子形式吸附;中间电位区间主要以BTA-吸附并不可逆成膜。采用直接电化学合成技术模拟电极表面过程制备了苯并三唑与Cu, Ag, Fe, Ni和Zn等金属的配合物,并研究了中性配体三苯基膦(pph₃)对其配位过程的影响,所得产物的元素分析以及拉曼光谱研究表明pph₃的加入影响了Cu和Ag与BTAH的配位过程,并出现在最终产物中,而对BTAH与Ni, Fe和Zn的配位过程未产生影响,产物未出现pph₃。     

1,4-苯二硫醇的表面增强拉曼光谱和激发态的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311+g(d)(C,H,S)和Lanl2dz(Ag、Au)基组下对1,4-苯二硫醇分子及其复合物进行了结构优化和频率计算,得到了分子及其复合物稳定的化学构型和拉曼光谱。优化后的1,4-苯二硫醇分子的S—H键和苯环所在平面夹角为20.2°,分子非平面结构。模拟了金银团簇在苯硫醇分子表面的吸附行为,得到了金团簇和银团簇在分子表面的吸附方式,即,金团簇以接近平行的方向吸附于苯硫酚分子的表面而银团簇则以几乎垂直的方向吸附于分子表面。此外,还分析了静态极化率数值变化和自然键轨道(natural bond orbital,NBO)布局分析得到的电荷分布对拉曼光谱的强度变化的影响。复合物1,4-BDT-Au2,1,4-BDT-Ag2和三明治结构的Ag2-1,4-BDT-Au2拉曼光谱谱峰强度与静态极化率数值变化有很好的吻合。采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对Ag2-1,4-BDT-Au2复合物进行了激发态的分析计算,通过模拟吸收光谱和计算轨道跃迁单激发态,分析计算了三明治结构的电荷转移激发态,利用可视化的电荷转移,研究了表面增强拉曼(surface enhanced Raman scattering,SERS)化学增强机理。     

草原毛虫核型多角体病毒包涵体在Ag胶中的表面增强拉曼光谱研究

本文获得了草原毛虫核型多角体病毒包涵体外膜蛋白在Ag胶中的表面增强拉曼光谱(SERS)。包涵体通过膜蛋白的COO~-和NH_2基团吸附在Ag表面上,其增强作用具有短程特性。低波数(～230cm~(-1))峰的出现表明包涵体和Ag胶粒子产生了化学吸附。包涵体在不同pH下的SERS谱很不同,说明此时它在Ag表面上的吸附状态有变化。     

咪唑在铜电极上吸附行为的SERS研究

咪唑在铜电极上吸附行为的ＳＥＲＳ研究张传飞，徐知三，旷富贵，王小华，刘海林（武汉大学分析测试中心武汉４３００７２）（武汉大学环境科学系武汉４３００７２）ＳｔｕｄｙｏｎＴｈｅＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＩｍｉｄａｚｏｌｅｏｎＣｏｐｐｅｒＥ...     

溶液酸碱性对异构体氨基酸单分子膜影响的表面增强拉曼光谱研究

利用表面增强拉曼(SERS)光谱技术研究比较了在粗糙化银电极表面吸附的亮氨酸与异亮氨酸自组装单层膜结构以及溶液酸碱性对分子吸附作用的影响。研究表明在粗糙化银电极表面两种氨基酸分子主要是以COO-为作用位点进行吸附的。进一步的研究也揭示溶液pH值的变化没有显著改变两种氨基酸分子在银电极表面以去质子化羧基吸附为主的特征,但对于羧基吸附作用的影响程度及其变化规律是迥异的,对氨基的影响也有一定的差异。     

用于SERS基底的Au-Pd核壳纳米颗粒和银纳米立方颗粒的制备及表征(英文)

本文研究了尺寸可控的Au -Pd核壳纳米粒子和银纳米立方颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)活性。发现Au-Pd核壳纳米粒子的增强能力要比粗糙的钯电极强;银纳米立方颗粒的增强能力和粗糙的银电极相当。更为重要的是,银纳米立方颗粒既具有原子级平整的小单晶面又处于纳米尺度,因而它们可以作为粗糙表面和结构确定的单晶表面之间的桥梁,对其SERS效应的研究可以加深人们对SERS机理的认识。     

Adsorption of 4,4′‐thiobisbenzenethiol on silver surfaces: surface‐enhanced Raman scattering study

Adsorption of 4,4′‐thiobisbenzenethiol (4,4′‐TBBT) on a colloidal silver surface and a roughened silver electrode surface was investigated by means of surface‐enhanced Raman scattering (SERS) for the first time, which indicates that 4,4′‐TBBT is chemisorbed on the colloidal silver surface as dithiolates by losing two H‐atoms of the S H bond, while as monothiolates on the roughened silver electrode. The different orientations of the molecules on both silver surfaces indicate the different adsorption behaviors of 4,4′‐TBBT in the two systems. It is inferred from the SERS signal that the two aromatic rings in 4,4′‐TBBT molecule are parallel to the colloidal silver surface as seen from the disappearance of ν_{C H} band (3054 cm⁻¹), which is a vibrational mode to be used to determine the orientation of a molecule on metals according to the surface selection rule, while on the roughened silver electrode surface they are tilted to the surface as seen from the enhanced signal of ν_{C H}. The orientation of the C‐S bond is tilted with respect to the silver surface in both cases as inferred from the strong enhancement of the ν_{C S}. SERS spectra of 4,4′‐TBBT on the roughened silver electrode with different applied potentials reveal that the enhancement of 4,4′‐TBBT on the roughened silver electrode surface may be related to the chemical mechanism (CM). More importantly, the adsorption of 4,4′‐TBBT on the silver electrode is expected to be useful to covalently adsorb metal nanoparticles through the free S H bond to form two‐ or three‐ dimensional nanostructures. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

非水电化学体系中激光照射时间对SERS光谱影响的实验研究

本文报道了非水电化学体系中激光照射时间对咪唑在甲醇溶剂中吸附在电化学粗糙了的银电极表面上的表面增强拉曼散射(SERS)效应的影响及咪唑吸附在银电极表面上的SERS谱的连续背景的研究。结果表明,甲醇介质中咪唑吸附在银电极表面上的SERS谱强度随激光照射时间而变化,并且咪唑在甲醇介质中的SERS谱背景较强。初步探讨了咪唑吸附在银电极表面上的SERS效应的增强机制。     

Improved performance of surface‐enhanced Raman scattering on silver substrates prepared in nitric acid solutions

In this work, we propose a new electrochemical method to prepare surface‐enhanced Raman scattering (SERS)‐active silver substrates in nitric acid solutions. Experimental results indicate that the SERS intensity of adsorbed Rhodamine 6G (R6G) can be significantly increased, as compared with that of R6G adsorbed on a SERS‐active Ag substrate prepared by an electrochemical method in a chloride‐containing solution, which was generally employed in the literature. Moreover, the SERS of R6G on the newly developed substrate (prepared in a nitric acid solution) still performs well at a high temperature of 250 °C. However, the enhancement capability of the SERS‐active substrate prepared in a chloride‐containing solution is seriously destroyed at temperatures higher than 150 °C. Further investigations indicate that the oxidation states of roughened Ag substrates prepared in nitric acid solutions under different experiment conditions have less influence on the corresponding SERS performances. Instead, different surface morphologies of roughened Ag substrates and different contents of nitrogen‐containing dopping ions on the roughened Ag substrates demonstrate significant effects on the corresponding SERS performances. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Interaction between rhodanine and silver species on a nanocolloidal surface and in the solid state

This paper discusses and compares molecular interactions of rhodanine (Rd), the heterocyclic compound containing N, S, and O atoms, with two forms of silver species, i.e. Ag(I) ions and silver nanocolloidal particles. Vibrational spectroscopic and powder crystallography studies on coordination of Ag(I) ions in the solid state, supported by density functional theory, clearly indicate complexation through the nitrogen (the deprotonated imino group) and exocyclic sulfur atoms. Molecules of the complex are arranged in a one‐dimensional infinite polymeric chain structure that intertwines to give a helix motif. On the other hand, adsorption geometry of Rd on the silver surface was determined by using surface‐enhancement Raman scattering (SERS) spectroscopy. Observed differences between the SERS and the normal Raman spectra of Rd suggest that Rd adsorbs on the silver species after the rearrangement of the keto‐thione form into the enol‐thiol tautomer in acidic and neutral solutions. This leads to adsorption on this silver species through the thiolate ion. On the other hand, the alkaline pH forces first N‐deprotonation of Rd, and, in consequence, the obtained anion of the keto‐thione form interacts with the silver surface as a result of the presence of lone pairs of nitrogen and sulfur atoms, similar to the case discussed for the solid state. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Piperidine adsorption on two different silver electrodes: A combined surface enhanced Raman spectroscopy and density functional theory study

The surface enhanced Raman scattering (SERS) spectra of piperidine in silver colloid solution, on roughened silver electrode and on roughened silver electrode modified with silver nanoparticles were studied, and the high-quality SERS spectra of piperidine on roughened silver electrode modified with silver nanoparticles were obtained for the first time. Surface selection rules derived from the EM enhancement model were employed to deduce piperidine orientations on the different surfaces. On the basis of this, two models of piperidine adsorbed on the surface of the silver nanoparticles were built, and DFT-B3PW91/LanL2dz was applied to calculate the Raman frequencies. It proves that, at higher potential values, the piperidine is perpendicularly standing on the roughened silver electrode surface though its lone-electron pair, but in silver colloid solution and on the silver nanoparticles modified silver electrode the piperidine molecular lies flat on the silver surface. In the meantime, the potential dependent SERS of piperidine on the modified electrode were studied.     

胞嘧啶在沉积激光烧蚀Ag纳米颗粒电极上的SERS分析

用Nd:YAG激光器在二次去离子水中烧蚀银片,制备出了尺度分布均匀、并且具有很好的稳定性的"化学纯净"的Ag胶体系,并在电化学体系中将这种银胶沉积在粗糙的银电极表面,研究了胞嘧啶分子吸附在沉积Ag纳米颗粒电极表面随电极电位改变的表面增强拉曼光谱(SERS)。分析表明:(1)沉积银纳米颗粒的电极将金属电极与金属溶胶体系各自的优势很好的结合起来,形成了一种高效的SERS活性基底。(2)胞嘧啶在沉积银颗粒的电极表面以N3位竖直吸附,并且随着电位的负移,大多数SERS峰的位置发生了红移,表明胞嘧啶在电极表面吸附作用减弱。