石墨烯的光催化研究

石墨烯是一种具有独特的二维平面结构和导电性能好、比表面积大、耐高温等优异性能的新型纳米材料,在物理化学领域应用广泛。本文介绍了利用化学气相沉积法制备单层石墨烯,并以石墨烯和硅作为催化表面,通过表面增强拉曼散射技术研究了对硝基苯硫酚(4NBT)分子的表面催化反应。结果表明,单层石墨烯具有良好的光催化性能。     

基于石墨烯基底的光催化特性

金属纳米结构中传导电子的集体振荡所产生的表面等离子体不仅可以使电磁场在时间和空间上重新分布，还可以使被激发的载流子重新分布。采用机械剥离法制备了石墨烯材料，借助拉曼光谱扫描技术（Mapping）研究了石墨的层数在二维区域内的分布情况。研究了2-萘硫醇（2-NT）作为探针分子在石墨烯衬底上的SERS增强特性。结果表明2-NT分子的拉曼信号在石墨烯表面得到增强，且石墨烯的SERS增强效果随着层数的越少而增强。基于石墨烯催化基底，借助表面增强拉曼光谱（SERS）技术具有指纹谱的优势，实时监测以对硝基苯硫酚（4NBT）作为探针分子在局域表面等离子体的驱动下发生光催化反应生成4,4’-二巯基偶氮苯（DMAB）。随后，原位引入硼氢化钠在相同的实验条件下，可以将生成物DMAB在等离子体的驱动下再一次发生逆向化学反应生成对氨基硫酚分子（PATP）。在石墨烯催化基底表面上组装一层分布均匀的探针分子4NBT，用一束一定波长的聚焦激光进行照射使其发生光催化反应生成新的分子DMAB。通过这种手段就可以在微纳尺度上绘制出特定有DMAB分子分布的图形或者字母、汉字信息，实现微纳尺度的图形绘制和信息加密。随后，可以借助Mapping，以DMAB分子的特征峰强度进行二维成像就可以实现所绘制图形的显现和信息解密。此外，可以在加密基底上引入硼氢化钠同时在表面等离子体和激发光的作用下发生逆向光催化反应，从而实现微纳尺度图形和加密信息的擦除。     

银纳米阵列直径对SERS增强效果的影响

采用电化学沉积法分别在不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板上沉积一系列直径不同,排列规则的银纳米阵列。以对氨基苯甲酸(PABA)和三聚氰胺两种分子分别作为探针分子, 研究了银纳米阵列的直径大小对其表面增强拉曼散射(SERS)效果的影响。结果表明, 在波长为514.5 nm的激光激发下, 探针分子的SERS信号强度随银纳米阵列直径的改变而明显变化, 并在银纳米阵列直径约为53 nm时, SERS强度达到最大。利用电磁增强机制对此实验结果进行了分析和解释。     

Ca_(1-x)Al_2Si_2O_8∶Eu_x表面结构与荧光强度相互关系的研究

采用固相法分别在1 150,1 250,1 350,1 450℃下制备了Ca_(1-x)Al_2Si_2O_8∶Eu_x(x=0,0.01,0.05,0.15)系列微晶材料。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、光致发光光谱仪(PL)和X射线荧光光谱仪(XRF)研究了CaAl_2Si_2O_8表面结构与荧光强度之间的相互关系。XRD和Raman结果表明:在制备CaAl_2Si_2O_8材料的过程中,随着温度不断升高,原材料逐渐结晶形成结构较为完整的CaAl_2Si_2O_8相;并且从拉曼光谱可以清晰看出,当Eu掺杂量相同时,随着烧结温度的升高,Si—O非晶相逐渐减少,硅氧四面体逐步形成,其振动峰位置逐渐向低波数移动,但当温度过高时硅氧四面体破坏形成宽化的的非晶峰;Eu的掺杂阻碍了Al取代Si位置的过程,因此在1 620波数处振动峰先增强后减弱。这种材料表面结构的变化与Eu的掺杂密切相关,影响着材料表面Eu原子数量分布。PL和XRF结果表明:相同Eu掺杂量时,温度越高越有利于Eu原子扩散到样品表面,从而使样品的荧光强度更强。因此样品的荧光强度和样品单位表面积Eu原子数量存在正比关系。