不同粒径、超均匀球形金纳米粒子合成及其表面增强拉曼散射效应研究

以氯金酸为原料,抗坏血酸为还原剂,柠檬酸钠为保护剂,用化学还原(种子生长)法制备了不同粒径、超均匀的球形金纳米粒子溶胶,并通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。结果表明,随着金纳米粒子粒径的增大,其UV-Vis光谱中的吸收峰发生红移并出现四极峰。为进一步研究金纳米粒子表面增强拉曼散射(SERS)效应的作用机理并优化其灵敏度,我们以罗丹明6G(R6G)为探针分子,对不同粒径的金纳米粒子进行SERS表征,发现R6G的SERS信号随着金纳米粒子的增大先增强后减弱。当金纳米粒子的平均粒径达到120 nm时,产生最强SERS信号增强,增强因子约为1.1×107。三维时域有限差分法(3D-FDTD)理论模拟纳米粒子阵列电磁场分布结果与实验数据的趋势一致。     

不同形状的金纳米粒子的表面增强拉曼光谱

使用514 5nm激光激发,第一次得到了不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)。一般情况下,较短波长(<600nm)激发所获得的增强要小于使用较长波长(>600nm)的激发。然而,对特殊形状的自组装金纳米粒子,由于避雷针效应,即使使用绿光激发也可获得很高增强的SERS。     

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。     

挥发性有机物的表面增强拉曼光谱检测研究

金纳米粒子由于其具有表面增强效应以及良好的化学稳定性,常被用作SERS基底。本文以粒径30nm的均匀准球形金纳米粒子为单元,通过气液界面自组装技术获得增强活性高、均匀性和重现性优良的单层膜SERS基底,开展了硝基苯、苯硫酚、对二甲苯等挥发性有机物的SERS检测,并进行了室温开放体系挥发性有机物的非接触式SERS检测。以苯硫酚为模型,研究有机挥发物分子的吸附行为与距离之间的关系。探索利用便携式拉曼仪开展挥发性有机物的现场SERS检测。     

多环芳烃的表面增强拉曼光谱探测与分析

首次实现了以参数优化的金溶胶为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底探测水中痕量的多环芳烃。采用化学还原法制备不同颗粒大小的金溶胶,实验确定了632.8 nm激发光下的最优金纳米颗粒的平均粒径为(32±3) nm,并以此金溶胶为基底,探索pH值对多环芳烃增强效果的影响,发现pH=13效果最佳,与pH=6相比谱线绝对强度提高约20倍。以粒径为(32±3) nm,pH=13的金溶胶为活性基底对不同浓度萘、菲、芘溶液进行了SERS光谱探测,探测到的最低浓度分别为20,4和4 nmol·L-1,特征峰强与浓度呈线性关系,线性拟合相关系数均在0.985以上,三者混合溶液的SERS光谱可清晰分辨出各自的特征峰。结果表明,该实验所采用的SERS活性基底灵敏度较高,具有广阔的应用前景。     

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。     

钴的表面增强拉曼散射中的电磁增强因子计算

本文初步探讨了钴电极的表面增强拉曼散射机理。采用二维阵列理论模型在 0 .5～ 4.0eV的光子能量范围对钴纳米椭球阵列的表面增强拉曼散射 (SERS)现象进行了理论分析。有关计算表明 ,经过合适的表面粗糙化的钴金属电极能产生较弱的表面增强效应 (SERS增强因子约 1 0 2 ～ 1 0 4 ) ,制备出具有高纵横比的纳米粒子阵列是得到钴体系较大的SERS增强因子的关键     

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。     

金银双金属纳米壳层结构的SERS活性研究

利用磁控溅射技术在组装整齐的微球表面依次镀上银、金薄膜,获得双金属纳米壳层结构。以对巯基苯胺(p-ATP)为探针分子,研究了该壳层结构在不同激发线下SERS增强差异。测试结果表明,金银双金属纳米壳层结构在780nm激光下具有很好的SERS增强效果,并随着外层金膜厚度的减小而逐渐增强。对各个基底的增强因子进行计算可知,基底的表面等离子体共振(SPR)峰与激发线的匹配程度越好,其增强因子越大。由于金的高稳定性和良好的生物相容性,该基底在SERS生物传感方面具有很大应用潜力。     

铑电极在紫外区的表面增强拉曼散射机理

采用波长为 32 5nm的He Cd激光为激发光源 ,首次在粗糙铑电极上获得了高质量的表面增强拉曼信号。基于在紫外区获得SERS信号这一进展 ,以电磁场理论为基础 ,分别从定性和定量的角度对此新的实验结果做了理论分析。分析表明 ,在紫外区获得的铑的SERS信号主要源自于有着特定形貌的铑纳米粒子所引起的避雷针效应及微弱的表面等离子体共振效应的共同作用。对铑纳米粒子的表面平均SERS增强因子的计算结果与实验值较为一致 ,约为两个数量级。我们同时比较分析了在可见光及近红外区有着极佳SERS增强效应的银基底在采用 32 5nm激发光时却得不到任何SERS信号这一实验结果 ,这是因为银在此紫外区间已完全不能满足表面等离子激元共振的条件所致     

四苯基卟啉及其金属配合物在溴化银胶体上的表面增强喇曼光谱研究

研究了四苯基卟啉（H2TPP）及其金属配合物（AgTPP和MgTPP）在AgBr胶体上的表面增强喇曼光谱（SERS）。SERS光谱表明,吸附在ArBr胶体粒子表面的MgTPP和H2TPP分子分别发生银离子交换和银配位反应生成AgTPP,这种表面反应可能与激光照射有关。AgTPP分子在胶体粒表面的吸附导致卟啉大环的非平面化,使v8振动（M－N键伸缩振动）向高波数方向移动近10cm^-1。632.8nm激发下的表面喇曼谱以化学增强为主,而488.0nm激发下表面喇曼谱除化学增强效应外,还存在共振增强效应。     

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。     

一种新型的通用的SERS基底-核壳结构纳米子

为了进一步来提高SERS基底和分子的普适性,本文采取了一种"借力"的方法,设计合成了金核过渡金属薄壳(Au@Pd,Au@Pt,Au@Ni,Au@Co)的核壳结构纳米粒子,借用底层高SERS活性的金核强的电磁场来增强过渡金属表面吸附分子的SERS信号,使得过渡金属表面的增强因子可达104-105。系统地开展了不同壳层厚度及相同壳层厚度下金核大小对SERS活性影响的研究,发现随着壳层厚的增加SERS活性迅速衰减,而且当金核为120-140 nm时可以得到最强的增强。     

金银复合体系表面增强拉曼光谱分离

采用传统自组装技术在硅片表面进行金银纳米粒子的复合组装.以吡啶为探针分子,利用金银在不同激发光线下增强效应的不同,研究了不同波长的激发光下纯金、银以及复合组装时体系的SERS效应.结果表明在金银同时组装时的增强效应强于金弱于银,同时还通过一系列校正以及差谱方法分离出金银共存时SERS中金的增强效应,并进行了相关分析,结果表明在金银同时组装的复合体系中,金银之间产生一定的耦合作用.     

以PAA为模板制备SERS基底及对三聚氰胺的检测

采用热蒸镀的方法直接在多孔氧化铝(porous anodic alumina,PAA)模板上蒸镀几微米的银膜,然后在HCl溶液中溶解掉模板,得到表面具有纳米尺度规则结构的银膜作为表面增强拉曼散射(surface-en-hanced Raman spectra,SERS)基底,并在该基底上测量了吡啶溶液(0.01 mol.L-1)的增强拉曼光谱,发现平均增强因子大于105。与直接在载玻片上蒸镀的银膜相比,具有纳米尺度规则结构银膜的增强效果提高了30倍。改变激发光功率测量吡啶的拉曼光谱,和普通拉曼散射一样,增强拉曼光谱的峰值强度随激发光强度线性变化,并在该基底上测量了三聚氰胺的拉曼光谱,发现在1 mW的激发功率下对于三聚氰胺的检出限为2.5 mg.L-1。     

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。     

SERS activity of pulsed laser ablated silver thin films with controlled nanostructure

The surface‐enhanced Raman scattering (SERS) activity of silver thin films deposited by the pulsed laser ablation technique was investigated. The samples were grown in a controlled Ar atmosphere at pressures ranging between 10 and 70 Pa, and changing the number of laser pulses. Different surface morphologies, from isolated nearly spherical nanoparticles (NPs) to larger islands with smooth edges, were observed by means of scanning and transmission electron microscopies, as a function of the different deposition conditions adopted. SERS measurements were performed by soaking the samples in rhodamine 6G aqueous solutions over the concentration range between 1.0 × 10⁻⁴ and 5.0 × 10⁻⁸ M . Raman spectra were acquired using both the 632.8 and 514.5 nm excitation sources. The dependence of the SERS activity of the samples on the observed surface morphology is presented and discussed. The presence of the so called hot spots is envisaged. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

High–Yield Production of Uniform Gold Nanoparticles with Sizes from 31 to 577 nm via One‐Pot Seeded Growth and Size‐Dependent SERS Property

In this work, uniform, quasi‐spherical gold nanoparticles (Au NPs) with sizes of 31–577 nm are prepared via one‐pot seeded growth with the aid of tris‐base (TB). Distinct from the seeded growth methods available in literature, the present method can be simply implemented by subsequently adding the aqueous dispersion of the 17 nm Au‐NP seeds and the aqueous solution of HAuCl₄ into the boiling aqueous TB solution. It is found that at the optimal pH range, the sizes of the final Au NPs and their concentrations are simply controlled by either the particle number of the Au seed dispersion or the concentration of the HAuCl₄ solution, while the latter enables us to produce large Au NPs at very high concentration. Moreover, as‐prepared Au NPs of various sizes are coated on glass substrates to test their surface‐enhanced Raman scattering (SERS) activities by using 4‐aminothiophenol (4‐ATP) molecules as probes, which exhibit “volcano type” dependence on the Au NP sizes at fixed excitation wavelength. Furthermore, the Au NPs with sizes of ≈97 and 408 nm exhibit the largest SERS enhancement at the excitation wavelength of 633 and 785 nm, respectively.