金银纳米粒子的电化学性质及联苯胺的SERS研究

采用柠檬酸钠还原氯金酸,硼氢化钠还原硝酸银分别制备了较小粒径的金、银纳米粒子。运用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)对金、银纳米粒子进行了表征。结果表明：所得金、银纳米粒子粒径分别约为16和10 nm,并能以亚单层形式组装于导电玻璃(ITO)表面;CV图显示金、银纳米粒子分别有一对不对称的氧化还原峰,而且纳米粒子的浓度对其氧化还原电位存在一定的影响。采用自组装方法,以联苯胺为偶联分子, 在粗糙金基底表面构筑了金/银纳米粒子的双层有序结构。表面增强拉曼光谱研究表明, 在有序金银纳米粒子组装体中偶联分子的拉曼散射得到了增强。     

电荷转移对纳米金属吸附分子拉曼光谱影响

在金,银纳米粒子表面修饰对巯基苯胺(PATP)分子,对其进行紫外及拉曼光谱性质表征。紫外吸收光谱显示修饰了单分子层的纳米粒子表面等离子体共振发生较大的红移,银粒子位移程度大于金粒子的。其拉曼散射增强效应研究表明,对巯基苯胺b2振动模式的极大增强是由电磁增强和化学增强效应共同决定的。金、银粒子上对巯基苯胺单分子层拉曼散射增强效应的差异主要来自金属与对巯基苯胺之间电荷转移能力的不同。     

金纳米粒子自组装薄膜的光谱学研究

采用柠檬酸钠还原氯金酸制备了金胶体，通过静电自组装制备了金纳米粒子薄膜，利用紫外-可见光吸收光谱等对金纳米粒子薄膜进行了光谱学研究，紫外-可见光吸收光谱表明所制备的金溶胶为单分散体系，根据自组装薄膜的X-射线衍射谱，由谢乐公式估算金纳米粒子的粒径约为21nm；X-射线光电子能谱显示氯金酸的还原反应比较完全，金主要以Au^0的价态存在，金胶体粒子通过静电吸引机制组装到PDDA改性的衬底表面；紫外-可见光吸收光谱和表面增强拉曼光谱显示，由于粒子间的电磁耦合，自组装金纳米粒子薄膜表现出协同等离子体共振吸收行为和表面增强拉曼散射效应。     

纳米颗粒DBS/TiO_2的拉曼光谱

采用水热法制得表面包覆有十二烷基苯磺酸的二氧化钛纳米粒子 ,并应用拉曼光谱对其进行了检测。结果表明 :样品为表面包覆有十二烷基苯磺酸的二氧化钛纳米粒子的集合体。其拉曼峰与未包裹的二氧化钛拉曼峰相比 ,出现了蓝移现象 ,从纳米粒子的表面结构及包裹层的压力出发对此现象进行了定性解释和讨论     

金纳米粒子掺杂DNA-CTMA-DPFP薄膜的表面增强拉曼散射特性

采用柠檬酸三钠还原氯金酸和离子交换法制备金纳米粒子掺杂DNA-CTMA材料,利用钯催化反应合成9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴荧光染料(DPFP),将DPFP与DNA-CTMA混合后,旋凃制备金纳米粒子掺杂的DNA-CTMA-DPFP薄膜样品。通过吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的测量,研究了薄膜样品的光学特性和表面增强拉曼散射(SERS)特性。实验结果表明,薄膜样品在300～360 nm的吸收主要来自DPFP,在500～700 nm的吸收来自样品中金纳米粒子的局域表面等离子共振;样品在370,386,408 nm处的荧光峰分别对应DPFP的S₁₀-S₀₀、S₁₀-S₀₁和S₁₀-S₀₂能级的电子振动跃迁;在785 nm激光激发下,薄膜样品的拉曼散射主要来自DPFP分子,随着金纳米粒子掺杂比的增大,DPFP分子的拉曼散射峰强度逐渐增强。因此,金纳米粒子掺杂DNA-CTMA薄膜适合作为多种染料分子的SERS基底。     

银纳米粒子阵列的自组装及其表面增强拉曼光谱应用

在以聚赖氨酸为表面耦联层分子的玻片基底制备了银纳米粒子阵列。ＳＥＭ表征结果表明,银粒子以亚单层的形式排列在基底表面。比较银溶胶和纳米粒子阵列的紫外可见光谱可见聚赖氨酸耦联层对银纳米粒子的粒径具有一定的选择性,甲基紫精在银纳米粒子阵列上的表面增强ＦＴ拉曼光谱表明在近红外区拉曼散射的表面增强主要来自于化学增强效应。     

荧光/表面增强拉曼散射双模式纳米光学探针的构建及性能研究

提出一种新型的荧光及表面增强拉曼散射（SERS）双模式光学纳米探针。首先,通过再沉淀-包覆法合成二氧化硅包覆香豆素6的纳米颗粒,再在二氧化硅表面静电吸附多聚赖氨酸分子形成包覆层,随后通过原位还原的方法在多聚赖氨酸壳层复合银纳米颗粒,最后在银纳米颗粒表面吸附拉曼分子即形成双模式纳米探针。该探针通过二氧化硅包覆的荧光分子产生荧光信号,以多聚赖氨酸表面的银纳米颗粒作为SERS增强基底,利用拉曼分子获得SERS信号,实现了荧光及SERS双模式成像。荧光与表面增强拉曼散射相结合的双模式分析技术可同时发挥二者的优点,提高成像的分辨率和灵敏度,在生物医学领域具有重要的应用价值。     

纳米颗粒DBS／TiO2的拉曼光谱

采用水热法制得表面包覆有十二烷基苯磺酸的二氧化钛纳米粒子,并应用拉曼光谱对其进行了检测。结果表明：样品为表面包覆有十二烷基苯磺酸的二氧化钛纳米粒子的集合体。其拉曼峰与未包裹的二氧化钛拉曼锋相比,出现了蓝移现象,从纳米粒子的表面结构及包裹层的压力出发对此现象进行了定性解释和讨论。     

银纳米粒子自组装复合LB膜的结构与性质

纳米粒子的自组装和有序组装膜的结构与性质近年来受到了人们的广泛关注,纳米粒子的表面结构与性质对由其组装成的有序膜的结构与性质有直接的影响。文章报道了利用自组装技术制备的银纳米粒子与双亲有机分子的单层和多层复合LB膜,通过吸收光谱和表面增强拉曼光谱研究了银纳米粒子与吸附分子间的相互作用,探讨了复合膜的成膜特性及银纳米粒子的拉曼增强特性。十八胺/银粒子复合LB膜的吸收光谱及拉曼光谱显示,十八胺分子与银纳米粒子表面的活位通过NH₂中的氮原子以复合体的形式结合;同时,在激发光的作用下复合体可能存在光催化过程。根据银粒子复合LB膜的实验结果,十八胺和十八酸之间的反应产物在复合膜中起空间位阻作用,与银粒子表面的相互作用较弱。     

组装阵列中耦联剂对表面增强拉曼光谱的影响

利用自组装技术,将不同浓度比例的对巯基苯胺和N,N'-二苯基硫脲为功能耦联分子,在光滑银基底表面组装不同表面密度的二维银纳米粒子阵列。通过对组装阵列和粗糙银表面耦联剂分子的表面增强拉曼光谱比较,阵列中对巯基苯胺分子拉曼信号得到了明显的增强,但只有微弱的N,N'-二苯基硫脲的拉曼增强信号,说明在这种组装阵列中得到的拉曼散射增强主要来自于银纳米粒子和光滑银表面之间。     

金纳米粒子的二维组装与表面增强拉曼散射研究

金纳米粒子的二维组装与表面增强拉曼散射研究朱涛王健符小艺张续刘忠范（北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心北京１００８７１）Ｔｗｏ┐ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＧｏｌｄＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅＡｓｅｍｂｌｉｅｓａｓＡｃｔｉｖｅＳｕｂｓｔｒａｔｅｓｆｏ...     

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。     

PS微球阵列的制备与表面增强拉曼散射研究

为了研究不同直径PS微球(表面溅射Ag膜)基底的表面增强拉曼散射(SERS)效应,制造了一个新的表面增强拉曼散射(SERS)基底。通过在n型(100)单晶硅片上采用旋涂的方法,得到不同直径的呈六角形有序排列的单层PS微球阵列,然后在PS微球阵列表面磁控溅射一层约30 nm的Ag膜。利用拉曼光谱仪以罗丹明R6G为探针进行了SERS光谱测定,分析比较了不同直径PS微球阵列的表面增强拉曼散射效应,结果表明,溅射有Ag膜的PS微球基底在不同直径下均有不同程度的SERS效应。随着微球直径的增加,PS微球阵列的起伏程度不断加强(粗糙度不断增加),SERS信号逐渐增强,当球直径达到600 nm时,峰的增强信号达到最大,进而获得了一个最优化的SERS基底。同时发现在基底上获得了高信噪比的R6G的SERS光谱, 与苯环相关的一系列CC双键伸缩振动特征谱以及与苯环相关的面内、面外变形振动特征谱均获得了明显增强。这种单一的大区域的拉曼散射基底,呈现出高低相间起伏分布的微观形貌,不同PS微球之间的空隙和深度有很明显的不同,能够显著改善表面Ag膜颗粒的大小和分布,进而提高了PS微球基底的SERS活性。该基底所具有的特殊阵列结构使其在利用SERS探究化学和生物等领域的单分子结构有很大的应用潜力。     

金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究——表面粒子密度与拉曼光谱强度的关系

利用纳米粒子组装制备了金基底———巯基苯胺自组装膜偶联层———金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。实验结果显示,该结构对偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强度与表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现负偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

Portable smart films for ultrasensitive detection and chemical analysis using SERS and SERRS

Metallic nanostructures, much smaller than the wavelength of visible light, which support localized surface plasmon resonances, are central to the giant signal enhancement achieved in surface‐enhanced Raman scattering (SERS) and surface‐enhanced resonance Raman scattering (SERRS). Plasmonic driven SERS and SERRS is a powerful analytical tool for ultrasensitive detection down to single molecule detection. For all practical SERS applications a key issue is the development of reproducible and portable SERS‐active substrates, where the most widely used metals for nanostructure fabrication are silver and gold. Here, we report the fabrication of a ‘smart film’, containing gold nanoparticles (AuNPs), produced by in situ reduction of gold chloride III (Au⁺³) in natural rubber (NR) membranes for SERS and SERRS applications. The composite films (NR/AuNP membranes) show characteristic plasmon absorption of Au nanostructures, which notably do not influence the mechanical properties of the NR membranes. The term ‘smart film’ has to do with the fact that the SERS substrate (smart film) is flexible and standalone, which allows one to take it anywhere and to dip it into solutions containing the analyte to be characterized by SERS or SERRS technique. Besides, the synthesis of the AuNPs at the surface of NR films is much simpler than making an Au colloid and cast it onto a substrate surface or preparing an Au evaporated film. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Preparation of large-area surface-enhanced Raman scattering active Ag and Ag/Au nanocomposite films

Ag films on tinning glass substrates were fabricated by modified silver-mirror (Tollen’s) reaction with the advantage of low-cost, simple and quick fabrication process. The obtained Ag films were served as sacrificial materials for preparation of Ag/Au nanocomposite films by immersing in a chlorauric acid (HAuCl₄) solution at room temperature. After a short time of galvanic replacement reaction, Ag/Au bimetallic nanostructures were synthesized with “concave” structures. The morphology, properties and composition of the Ag and Ag/Au nanocomposite films were analyzed by using scanning electron microscopy (SEM), UV-visible spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS) and surface enhanced Raman scattering (SERS). SEM images displayed that the large area of Ag film and Ag/Au bimetallic nanostructures experienced structural evolution process during galvanic reaction. The UV-Vis spectra showed the absorbencies characterization of Ag film and Ag/Au nanocomposite films. SERS measurements using methylene blue as an analyte showed that SERS intensities of bimetallic films were enhanced significantly compared with that of pure Ag films. The SERS enhancement ability of Ag/Au bimetallic films was dependent on the immersion time for galvanic replacement reaction.     

On‐line surface enhanced Raman spectroscopic detection in a recyclable Au@SiO2 modified glass capillary

A facile method was developed to fabricate a high sensitive, reproducible and recyclable surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) active glass capillary. The Au nanoparticles were synthesized through a seed‐mediated growth approach and then self‐assembled onto the inner wall of glass capillaries. The attached Au nanoparticles were homogeneously coated with thin silica shell by using the silane coupling agent to functionalize the Au surface. By using thiophenol (TP) as SERS probe molecules, the substrate exhibited robust SERS effects. The adsorbed SERS probe molecules could be rapidly and completely removed away by flowing sodium borohydride solution and thus to obtain a refresh Au@SiO₂ film‐coated substrate for the cyclic detection on different species. The on‐line detection of TP and malachite green (MG) with different concentrations was performed in the flowing system. The intensities of SERS signals were dependent on concentrations of the detected molecules. The results indicated that the SERS‐active substrate has potential applications on the on‐line qualitative and quasi‐quantitative analysis. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

金纳米-Nylon柔性膜基底的制备及其SERS性能研究

表面增强拉曼光谱（SERS）是目前最灵敏的分析技术之一,广泛应用于生命科学、材料科学、环境科学及分析化学等领域。SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围,是推动该技术发展的关键,高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。为了获得最佳的拉曼信号,对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。柔性SERS基底因具有良好的柔韧性,3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势,在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点,将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合,通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数,制备了高SERS活性的金纳米-Nylon（Au-Nylon）柔性膜基底。研究表明,金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上,纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用,形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体,Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层,有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面,产生SERS“热点”效应,提高其SERS性能。利用结晶紫（CV）作为SERS探针分子,对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析,发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底,当单次过滤金溶胶1 mL,与膜结合2次,总结合量2 mL时,CV探针分子的SERS信号最强,SERS活性最强。采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5,1×10-5,1×10-6,5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测,发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1,增强因子达到1.0×104。此外,Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好,相对平均偏差为11.8%。Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中,仍具有良好SERS活性,对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。由此可见,研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性,并具有较好的SERS活性,该方法简单且易批量制备,无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。     

金膜表面等离激元诱导邻巯基苯甲酸脱羧反应的表面增强拉曼光谱研究

贵金属纳米结构表面等离激元共振（SPR）因其广泛的用途而备受关注,它不仅可以催化某些特殊的表面反应,同时还能产生表面增强拉曼散射效应（SERS）,极大增强分子的表面拉曼信号,因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。目前此类研究主要集中在氮氮（N═N）偶联,因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸（OMBA）分子在金纳米粒子单层膜（Au MLF）表面的脱羧行为。通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜,以此作为基底,探讨了溶液pH值、激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。研究结果表明,吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应,生成苯硫酚（TP）,且碱性中反应活性大于中性溶液。在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。较强的激光功率,脱羧反应的活性越高;产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系,时间延长可提高脱羧反应的产率。这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。     

Enhancement in SERS intensity with hierarchical nanostructures by bimetallic deposition approach

We investigate the plasmonic enhancement arising from bimetallic (Au/Ag) hierarchical structure and address the fundamental issues relating to the design of multilayered nanostructures for surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. SERS‐active nanosphere arrays with Ag underlayer and Au overlayer were systematically constructed, with the thickness of each layer altered from 40 to 320 nm. The SERS responses of the resultant bimetallic structures were measured with 2‐naphthalenethiol dye as the test sample. The results confirm the dependency of SERS enhancement on the thickness ratio (Au : Ag). Compared with Au‐arrays, our optimized bimetallic structures, which exhibit nanoprotrusions on the nanospheres, were found to be 2.5 times more SERS enhancing, approaching the enhancement factor of an Ag‐array. The elevated SERS is attributed to the formation of effective hot‐spots associated with increased roughness of the outer Au film, resulting from subsequent sputtering of Au granules on a roughened Ag surface. The morphology and reflectance studies suggest that the SERS hot‐spots are distributed at the junctions of interconnected nanospheres and over the nanosphere surface, depending on the thickness ratio between the Au and Ag layers. We show that, by varying the thickness ratio, it is possible to optimize the SERS enhancement factor without significantly altering the operating plasmon resonance wavelength, which is dictated solely by the size of the underlying nanospheres template. In addition, our bimetallic substrates show long‐term stability compared with previously reported Ag‐arrays, whose SERS efficiency drops by 60% within a week because of oxidation. These findings demonstrate the potential of using such a bimetallic configuration to morphologically optimize any SERS substrate for sensing applications that demand huge SERS enhancement and adequate chemical stability. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.