可循环表面增强拉曼光谱基底的制备及其应用

以氨基硅烷为偶联剂,硅酸钠为硅源,合成了一种以金为核,二氧化硅为壳的核壳纳米粒子。通过调节硅酸钠的量,反应温度和反应时间控制二氧化硅壳层厚度,获得理想的表面增强效应。通过研究表面增强拉曼光谱(SERS)信号强度和二氧化硅层厚度之间的关系优化基底的制备条件。采用对巯基苯和联吡啶作为探针分子进行SERS实验,在一定浓度范围内得到SERS信号强度和浓度的对数之间的线性关系,实验结果表明此组装有Au@SiO2的ITO基底作为可循环利用基底可定量分析吸附物种的浓度。     

Tb3+掺杂SiO2纳米核壳结构绿光材料的制备及性能研究

用Sol-Gel法合成了SiO2包覆SiO2:Tb3+的纳米核壳颗粒(用SiO2:Tb3+ @SiO2表示),并研究了核壳配比和制备工艺对其发光性能的影响.TEM和EDS表明SiO2溶液成功包覆于SiO2:Tb3+表面;通过测试荧光性能,发现制备工艺为壳层先陈化再放入核、核壳配比为1.2g∶ 25 mL时,SiO2∶T...     

Au@SiO_2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究

借助水/油两相界面自组装形成致密排列且有序稳定的Au@SiO2单层膜,通过膜层层转移到固相基底的方法制备了具有不同纳米粒子层数的SERS基底,成功在同一硅片上制备了六层Au@SiO2纳米粒子膜,研究了不同膜层数与SERS信号的关系,结合SERS成像技术可测定纳米粒子膜在基底上的层数。通过改变探针分子在多层纳米粒子膜上的位置,研究了纳米粒子膜间的耦合增强效应。研究表明,同一层膜表面探针分子的SERS信号分布均匀,随膜层数的增加,SERS信号明显增强,当膜层达到第五层时探针分子的SERS信号最强,之后几乎保持不变,说明SERS信号主要来源于表层的五层纳米粒子膜,位于五层以下纳米粒子对SERS效应并没有贡献。固定探针分子仅吸附于底层纳米粒子表面,当再覆盖一层裸露纳米粒子膜后,SERS信号达到最大,其主要源于热点的增强作用占主导地位,而覆盖至第三层时,SERS信号反而出现微小减弱,这是由于多层的Au@SiO2纳米粒子膜影响了激发光以及信号的传播,但粒子间产生的耦合效应仍对底层的探针分子起增强作用,当覆盖至五层Au@SiO2膜后,探针分子SERS信号完全消失,由此说明纳米粒子单层膜控制在三层以内可有效检测底层及以上所有纳米粒子上吸附分子的SERS信号,该结果为制备理想SERS基底提供了实验依据。     

Au@SiO2纳米粒子的制备及其用于西维因的检测

采用一种简单、低成本的方法制备了单分散不同壳层厚度的Au@SiO2核壳纳米粒子.以结晶紫为探针分子,研究了核壳纳米粒子的壳层隔离纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）效应与二氧化硅壳层厚度之间的关系.结果表明：随着壳层厚度从30nm减小到4nm,粒子之间局域电磁场作用逐渐增加,探针分子的拉曼信号强度大幅度增强.用增强效果最佳的4 nm SiO2壳层厚度的核壳纳米粒子可检测到浓度低达10-5mol/L溶液中的西维因,希望结合便携拉曼仪实现农产品中残留农药西维因的现场检测.     

核/壳结构的ZnS:Mn/SiO_2纳米粒子的制备及发光性质研究

采用溶剂热法制备了Mn离子掺杂的ZnS纳米粒子(ZnS∶Mn),然后利用正硅酸乙酯(TEOS)的水解反应对其进行了不同厚度的SiO2无机壳层包覆。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及荧光发射光谱(PL)对样品的结构及光学性质进行了表征和研究。包覆SiO2壳层后,粒子的粒径明显增大并且在ZnS∶Mn纳米粒子表面可以观察到明显的SiO2壳层。XPS测试印证了ZnS∶Mn/SiO2的核壳结构。随着SiO2壳层的增厚,ZnS∶Mn/SiO2的Mn离子的发光先增强后减弱,这是因为SiO2壳层同时具有表面修饰和降低发光中心浓度这两种相反的作用。当壳层厚度(壳与核的物质的量的比)达到5时,发光效果达到最好,其强度达到未包覆样品的7.5倍。     

Ag@SiO2纳米复合物对羧酸铕配合物的荧光增强

分别以苯氧乙酸和对苯二甲酸为阴离子配体,以邻菲罗啉为中性配体,稀土铕离子为中心体,合成了两种三元稀土铕配合物Eu(Phen)L3(L=苯氧乙酸)和Eu2(Phen)2L3’(L’=对苯二甲酸)。利用还原法制备纳米银溶胶,采用改进的Stber法在银纳米颗粒外面包裹二氧化硅,通过控制正硅酸四乙酯(TEOS)的滴加时间和滴加量以控制二氧化硅壳层的生长厚度,得到Ag@SiO2核壳结构颗粒。通过该核壳结构颗粒与DMF溶解的稀土铕配合物的相互作用,得到核壳型Ag@SiO2荧光纳米复合物。结果表明,所得纳米银粒径为50 nm左右,包覆的SiO2壳层厚度约为12 nm。SiO2包覆的纳米银对两种铕配合物的荧光发射有明显的增强作用。     

(Au-Probe)@SiO_2单层纳米粒子膜制备及表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因其高达单分子检测的表面灵敏度而广受青睐,其增强机理主要包括电磁场增强效应(EM)和电荷转移增强(CT)。通常,前者占主导作用,且局域电磁场可极大地增强表面吸附分子的拉曼信号。而介质通常对局域电磁场和EM增强有一定影响,从而影响SERS检测,通过壳层隔绝纳米粒子(SHINs)可避免介质与SERS增强源间的直接接触。但迄今为止,几乎未见有关介质对其增强拉曼光谱(SHINERS)影响的研究,主要因SERS基底均匀性较差所致。制备了两种探针分子内嵌且Au核尺寸不同的核壳纳米粒子,即(55 nm Au-PNTP)@SiO_2和(110 nm Au-pMBA)@SiO_2,壳层厚度分别为3.5和4.0 nm,壳层结构连续且无针孔效应。采用液-液两相成膜法制备其单层膜,转移至固相基底上可作为SERS基底,(55 nm Au-PNTP)@SiO_2单层膜上SERS谱峰强度的相对标准偏差约为5.38%,(110 nm Au-pMBA)@SiO_2单层膜上相对标准偏差约为5.97%,其重现性及均匀性优良,符合作为SERS基底的要求。研究它们分别在空气和水两种介质中的SERS效应,结果表明Au核被致密无针孔效应的SiO_2壳层包裹,且探针分子内嵌其中,由此完全隔绝了电磁场增强源内核Au纳米粒子与介质的直接接触,当改变基底所处的环境时,其实际介质仍为SiO_2,因此在两种介质中SERS信号几乎不发生改变。内嵌探针分子的PNTP或pMBA被包裹在SiO_2壳层内,溶剂及氧气等均无法参与反应,因此探针分子未发生SPR催化反应,保持稳定的光谱特征。由此可见内嵌探针分子的SERS信号强度及光谱特征不受介质的影响,可望作为多介质环境使用的高灵敏度SERS检测以及稳定内标或标记的重要基底。     

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。     

金属烯碳纳米囊在SERS中的应用研究进展

表面增强拉曼光谱(SERS)技术广泛应用于表面/界面科学、光谱学、生化检测、成像示踪等领域。金属烯碳纳米囊是一类由烯碳壳层包裹金属核组成的核壳纳米颗粒，由于金属烯碳纳米囊具有高SERS灵敏度，在复杂和极端的生化环境下优异的稳定性和光学性质，因此在生化检测分析和成像示踪等领域备受关注。超薄烯碳壳层固有的化学惰性可以保护金属内核免受光生热电子、活性氧以及酶等外部因素的破坏，从而使金属烯碳纳米囊展现出超稳定的拉曼信号。此外，烯碳壳层的多个拉曼特征峰位(D、G、2D)可作为拉曼信号和内标信号，进一步提高了拉曼定量检测的准确度。值得注意的是2D峰作为拉曼静默区域内的信号峰有利于减少体内生物分子的干扰。本文首先介绍了金属烯碳纳米囊的制备原理和基本性质，概述了基于金属烯碳纳米囊的SERS检测和成像中的应用进展，最后展望了金属烯碳纳米囊在疾病诊疗的前景和潜力。     

退火法制备石墨烯-银纳米粒子及其增强拉曼实验

针对目前SERS基底上金属颗粒制备过程中存在的分布不均匀、易氧化和稳定性差等缺点,通过热蒸镀和高温退火获得分布均匀的SERS基底;同时结合石墨烯优良的光学性能、化学惰性、荧光猝灭以及本身的SERS增强等优点,制备了稳定的石墨烯-银纳米颗粒（GE/AgNPs）复合结构SERS基底。通过GE/AgNPs复合结构的拉曼光谱稳定性试验证明了石墨烯在GE/AgNPs结构中起到隔绝银纳米颗粒与空气直接接触及催化氧化银脱氧的作用,有利于SERS基底的时间稳定性。(1) 石墨烯、Ag纳米颗粒及其复合结构的制备。首先采用热蒸镀和高温退火的方法使Ag纳米颗粒均匀地沉积在SiO₂/Si基底上,再采用化学气相沉积法在Cu箔上制备少层石墨烯,并用湿法转移法将石墨烯转移到目标基底上,并实验研究了以不同的退火顺序对GE/AgNPs基底造成的影响。(2) 石墨烯、Ag纳米颗粒及其复合基底的表征。分别采用光学显微镜、扫描电子显微镜和拉曼光谱进行表征,得到转移后的纯石墨烯较完整地覆盖在SiO₂/Si基底上面,表面比较平整,但在少数地方仍然存在褶皱和杂质;SEM表征结果表明对于不同制备流程的GE/AgNPs复合结构上的Ag纳米颗粒基本呈球形。基本符合Ostwald熟化理论,通过对退火温度和时间的控制能获得平均粒径在40~60 nm的银颗粒,且分布较均匀。此外,在不同退火顺序中,石墨烯的加入对银纳米颗粒的扩散形成扩散势垒,从而出现较大的不规则的颗粒。(3) 基底稳定性试验和仿真分析。通过基底本身的Raman mapping测试,分析了石墨烯拉曼特征峰峰值和半高宽的变化,得知基底对石墨烯本身的拉曼增强效果主要来源于银纳米颗粒间的电磁场增强。同时采用浓度为10-6 mol·L-1的罗丹明6G (R6G)水溶液作为探针分子,对转移了石墨烯的GE/AgNPs复合基底和未转移石墨烯的Ag纳米颗粒基底进行了SERS稳定性实验。结果表明GE/AgNPs复合基底在1~33 d内衰减较缓慢,30 d后仍能探测到拉曼信号约为原来信号的35.1%~40.6%;而纯Ag基底上随着Ag纳米颗粒在空气中迅速氧化,基底的SERS性能显著下降,在30 d后只有原来信号的5.9%~11.3%。此外,通过实验得到覆盖了石墨烯之后的增强因子约为6.05×105。最后采用时域有限差分算法（FDTD）计算了复合结构的电磁场分布和理论增强因子,其理论增强因子可以达到5.7×105。实验和仿真结果的差异,主要是源于石墨烯的化学增强作用。