Fe_3O_4@SiO_2-GO@Ag复合纳米材料用于混合染料痕量分析

针对氧化石墨烯应用时存在易团聚、难分离的问题,本文设计制备Fe3O4@SiO2-GO@Ag复合材料,利用其磁固相萃取能力有效富集了染料溶液中的目标分子,结合SERS技术实现了多组分痕量污染物的鉴定分析。文中选取亚甲基蓝(MB)、结晶紫(CV)染料分子为研究目标,考察了样品溶液的pH值、吸附剂剂量、接触时间和样品溶液的初始浓度对吸附效果的影响,并得到了吸附染料分子的吸附机理。吸附富集银纳米粒子后该复合材料表现出优异的SERS灵敏度,最低检出浓度分别达到1×10-7 mol·L-1(MB)和1×10-10 mol·L-1(CV),并且可以实现对混合溶液体系中痕量染料分子的同时检出。相比于其他分析方法而言,建立染料的快速SERS分析技术非常适合环境污染现场的快速响应,对于环境应急和环境监测很有意义。     

基于g-C_3N_4/Ag/TiO_2基底上RhB的催化降解过程研究

表面增强拉曼光谱(SERS)具有无与伦比的光谱性能,因此在分析化学、催化等领域得到了广泛的关注,在适当的条件甚至可以做到单分子水平检测。SERS可以得到分子的振动能级信息,而且具有很高的灵敏度和选择性,尤其在表面、界面研究方面具有较大的优势。因此我们制备了具有较好催化性能的TiO_2,在它的表面沉积了贵金属Ag,然后再掺杂g-C_3N_4,形成g-C_3N_4/Ag/TiO_2复合催化剂。通过修饰和掺杂,催化剂的吸收从紫外区移动到可见区,同时光生载流子受到了抑制,因此材料的催化性能得到了提高。我们以RhB染料作为探针分子,用SERS研究了该分子的催化降解过程。     

Au/TiO_2薄膜的光催化与表面增强拉曼散射性能研究

采用浸渍提拉法将预先合成的TiO2溶胶均匀涂覆在玻璃表面制膜,并在膜表面负载上具有高表面增强拉曼散射(SERS)活性的Au纳米粒子,获得Au/TiO2多功能薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼(Raman)等表征手段,考察了Au/TiO2薄膜的结构、形貌与性能。所得Au/TiO2薄膜在UV灯辐照下可有效地降解罗丹明B等染料分子,其中Au粒子有效抑制了薄膜表面光生电子-空穴的复合,增强了光生载流子的分离效率,提高了薄膜的光催化性能。同时拉曼实验表明,Au/TiO2薄膜也是一种优秀的SERS检测基底。更为重要的是,Au/TiO2薄膜可通过UV灯照射"清洗"掉薄膜表面吸附的上组SERS实验中的检测分子,实现基底的循环利用,有望解决传统SERS基底一次性使用的缺陷。     

多功能Au/TiO_2/CoFe_2O_4材料用于原位SERS监测4-氯苯酚光催化过程

光催化降解性能不仅取决于光催化剂的组成与结构,而且还依赖于光催化剂界面上分子的转变机制。最近我们构建了一分层结构的Au/TiO_2/CoFe_2O_4复合材料,该材料既可作为高效光催化剂用于光降解4-氯苯酚(4-CP),又可作为SERS基底用于4-CP的SERS检测,同时兼具磁性利于回收循环使用。该多功能基底材料可以实现实时精确地原位SERS监测污染物分子在催化剂表面发生的光催化分子转化的详细信息,为准确识别反应中间体和深入了解光催化降解过程中的复杂反应机制提供了参考。     

CdTe QDs/Au NRs的SERS及光诱导电荷转移研究

控制和利用半导体基底的荧光背景是解决半导体纳米材料应用在表面增强拉曼(SERS)领域的关键问题。该研究通过将具有高荧光背景的碲化镉量子点(CdTe QDs)与贵金属金纳米棒(Au NRs)纳米材料复合,依赖于光激发下CdTe QDs与Au NRs之间的电荷转移,获得了兼具多功能特性(例如表面增强拉曼散射和光催化)的纳米复合材料。在该研究中,将染料分子亚甲基蓝(MB)作为探针分子,CdTe QDs/Au NRs纳米复合材料的之间的电荷转移降低了CdTe QDs的荧光背景,展现出良好的SERS增强性能。     

Cu2O-Au复合材料表面甲基橙降解过程的原位SERS研究

SERS技术因其极高的表面灵敏度和选择性而成为表界面反应过程研究的重要工具之一,而光催化性能的调控建立在对其反应过程的分子水平的认识基础上,通过SERS基底与光催化材料的结合可实现催化反应过程的现场监测。本文制备了具备催化活性和SERS活性的双功能Cu₂O-Au复合材料,研究了其SERS增强和光催化降解甲基橙(MO)性能,并采用SERS技术现场研究了光催化降解MO的过程。研究表明,双功能Cu₂O-Au复合材料可将SERS效应和光催化性能有效复合,实现Cu₂O-Au界面处光催化降解过程的现场监测。表面Au纳米粒子的引入可使Cu₂O的SERS效应增强两个数量级,催化降解性能增加1倍;现场SERS监测揭示了光催化降解过程中MO分子的N=N最易断裂,C=C最难断裂,各化学键断裂容易程度由高到低依次为N=N> Ph₁-N=、=N-Ph₂ 以及Ph₁-N=、C-N> Ph-N。     

功能化UiO-66/GO光催化剂的微波合成及其光响应特性研究

光催化降解是一种有效的环境修复方法,金属有机骨架材料(MOFs)具有高比表面积、丰富的拓扑结构和易于调节的多孔结构等优点,近年来,在光催化领域引起了越来越多的关注。利用方便的微波辅助一步法,合成了氨基化UiO-66/GO复合材料,并用于去除水中有机染料的可见光催化降解。氧化石墨烯(GO)含有大量的羟基和羧基,可以用来捕获电子、促进电子移动和限制光子产生载流子的复合。通过对功能化UiO-66/GO光响应特性的研究证实了GO的加入可以有效提高氨基化UiO-66的结构稳定性和光稳定性,抑制光腐蚀,提升光催化降解效果。     

AgNPs/MIL-101(Cr)纳米复合材料的制备及其SERS光谱应用

金属有机框架(Metal Organic Frameworks,MOFs)是一类新型的多孔状的高结晶性材料。MOFs借助于过渡金属离子和有机配体的有序组装,以配位作用构筑起晶体结构。MOFs材料可作为纳米粒子的稳定载体用于与金属纳米粒子组合形成新型的纳米复合材料。这一新型的纳米复合材料可作为SERS基底应用于SERS光谱分析研究。我们将Ag纳米粒子封装在MIL-101(Cr)这种MOFs材料中,MOFs材料所具备的大的比表面积和多孔状的结构可使分析物分子预富集且更加接近金属银纳米粒子表面,从而有助于改善SERS光谱分析与检测性能。借助于多种表征手段与数据分析,我们对此纳米复合材料的制备条件进行了优化。以对巯基吡啶为光谱探针表征了该纳米复合材料的SERS光谱活性,计算了增强因子。在此基础上,将该纳米复合材料用于水溶液中超痕量葡萄糖的SERS光谱检测,探讨了应用SERS光谱技术对葡萄糖进行定量分析的可行性。     

TiO_2/Ag@CDs的构筑及其SERS研究

碳点(CDs),尺寸在1~10nm,由于其独特的结构和光学性质,以及良好的生物相容性,在太阳能电池、有机污染物的降解和检测,光学染料、生物标记方面有着广泛的应用~([1])。TiO_2作为一种半导体材料,其粒子具有表面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应,催化等性质,可作为SERS基底。本文利用水热法成功制得粒径为2~6nm的发蓝光的CDs~([2]),然后在水浴下直接与TiO_2纤维和AgNO_3反应,形成在TiO_2表面包覆核壳结构的Ag@CDs纳米粒子复合物,TiO_2纤维长度和宽度不一,Ag@CDs平均尺寸在15nm左右,然后以TiO_2/Ag@CDs为SERS基底,PATP为探针分子,探究了其SERS性能,发现其检测的最低浓度可达到10~(-9) mol·L~(-1),具有良好的SERS增强能力。我们还分别研究了TiO_2/Ag@CDs的催化能力,用SERS监测了分子的变化过程,发现具有优良的催化性质,促进了CDs在SERS领域的应用。     

紫外吸收光谱法研究ZnO/碳纳米管复合材料催化降解偶氮染料

以Zn(NO₃)₂和酸化多壁碳纳米管为原料采用水热法合成了ZnO/碳纳米管复合材料,产物经X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征,表明六方晶相的ZnO颗粒大小约为28 nm。紫外吸收光谱研究表明, 该复合材料在太阳光照下具有较高的光催化降解偶氮染料的活性。探究了光照时间﹑催化剂用量﹑染料浓度以及不同的染料结构等因素对催化效率的影响,结果表明随光照时间的延长,偶氮染料位于400 nm的特征峰强度逐渐减弱,且偶氮染料的降解呈准一级的反应。该复合材料对三种染料：酸性橙﹑酸性大红﹑酸性嫩黄的溶液都具有较好的降解能力,反应速率分别为0.09,0.28,0.22 mg· L-1·min-1,此光催化降解速率的差异是由于偶氮染料分子中有机官能团的不同所造成。当选用最优条件时,该复合材料可以迅速降解染料,且经过五次循环后,其催化效率仍高于50％。     

MnCo_2O_4@Au纳米纤维类氧化物酶的SERS活性及应用

近年来MnCo_2O_4材料由于其优异的催化活性和导电性在超级电容器、锂离子电池、CO_2还原燃料电池等方面被广泛应用。MnCo_2O_4表面富含氧化态的Mn~(2+)/Mn~(3+)和Co_~(2+)/Co~(3+)使其成为较好的类氧化物酶基底的电子传输介质~([1])。表面增强拉曼光谱技术是一种超灵敏的分子检测手段,类氧化物酶材料与贵金属复合,可以构筑一种氧化物酶与SERS协同增强活性的基底材料,以SERS技术来研究类氧化物酶催化分子反应的过程~([2])。这里,我们通过MnCo_2O_4与贵金属Au复合,由于MnCo_2O_4和Au纳米粒子之间的协同作用,MnCo_2O_4@Au纳米纤维复合材料比单独MnCo_2O_4和Au展现出更好的SERS活性及很好的类氧化物酶活性,进一步这种材料还可以检测有害的重金属离子。这种MnCo_2O_4@Au纳米类氧化物酶复合材料SERS基底在生物传感器、环境保护和食品安全方面具有广阔的应用前景。     

不对称菁染料敏化纳米TiO2的光生电流过程

用光电化学方法研究了不对称菁类染料敏化TiO2 纳米结构电极的光电转换过程 .结果表明 ,该染料的电子激发态能级位置与TiO2 纳米粒子导带边位置匹配较好 ,光激发染料后 ,其激发态电子可以注入到TiO2 纳米多孔膜的导带 ,从而使TiO2 纳米结构电极的吸收光谱和光电流谱红移至可见光区 ,其IPCE(Incidentphoton to electronconversionefficiency)值最高可达 84.3 % .并进一步结合现场紫外 可见吸收光谱研究了外加电势对激发态染料往TiO2 纳米多孔膜注入电子过程的影响     

Mn2+/H2O2光催化体系对染料甲基橙、茜素红、结晶紫的降解研究

研究了锰与过氧化氢组成的催化体系在二氧化钛、光的作用下与染料甲基橙、茜素红、结晶紫的脱色和降解反应，结果表明，Mn^2 /H2O2体系在pH8-9,二氧化钛存在下，用日光和紫外光分别照射时对三种染料的脱色和降解作用明显，脱色率达到80％以上。还研究了Mn^2 /TiO2/H2O2/UV（紫外光）体系的动力学，为动力学一级反应。     

SERS光谱研究细胞表面聚糖的动态表达

基于苯硼酸和细胞表面聚糖的识别作用,我们设计了银纳米粒子-苯硼酸SERS探针,利用SERS光谱对细胞表面的聚糖进行了研究。该探针可以对细胞表面聚糖的不同含量进行响应,实现正常细胞与癌细胞的鉴别。同时该方法还可以用于研究药物刺激作用下细胞表面聚糖的动态表达,对细胞表面糖类的研究以及肿瘤的诊断与治疗具有重要的意义。     

表面增强拉曼散射光谱对人体尿液成份的初步研究（英文）

作为人体体液之一的尿液中含有多种人体新陈代谢的产物以及体内排出的毒素,如果能够对这些组分进行定性分析,就能够在一定程度上有效反映人体器官的健康状况,这是临床医学中重要的研究途径。该实验分别以785和1 030nm激光作为源激发,以具有电磁场增强的金纳米粒子作为基底,利用表面增强拉曼散射光谱(SERS)对临床实验研究中所用的人体新鲜尿液的成份进行快速、无损分析。通过控制金纳米溶胶与尿液原液的混合比例从而来制备一系列具有不同配比的实验样品,并且通过实验我们获得其相应的SERS光谱。由实验结果分析可知,我们能够有效地得到尿液中尿酸、次黄嘌呤等多种成份的SERS光谱。与此同时,我们还研究了在不同波长激光条件下的尿液的SERS光谱。相较于1 030nm的激光,785nm的激光得到的SERS光谱具有较高的分辨率以及较低的背景值。与此同时,利用具有1 030nm激光的便携式拉曼仪对实验样品进行快速、无损分析,有望为临床医学现场、快速分析诊断提供帮助和支持。而且相信,SERS能够在人类健康甚至生物组织的检测等方面提供更加详细的信息。     

表面增强拉曼散射光谱对人体尿液成份的初步研究

作为人体体液之一的尿液中含有多种人体新陈代谢的产物以及体内排出的毒素,如果能够对这些组分进行定性分析,就能够在一定程度上有效反映人体器官的健康状况,这是临床医学中重要的研究途径。该实验分别以785和1 030 nm激光作为源激发,以具有电磁场增强的金纳米粒子作为基底,利用表面增强拉曼散射光谱(SERS)对临床实验研究中所用的人体新鲜尿液的成份进行快速、无损分析。通过控制金纳米溶胶与尿液原液的混合比例从而来制备一系列具有不同配比的实验样品,并且通过实验我们获得其相应的SERS光谱。由实验结果分析可知,我们能够有效地得到尿液中尿酸、次黄嘌呤等多种成份的SERS光谱。与此同时,我们还研究了在不同波长激光条件下的尿液的SERS光谱。相较于1 030 nm的激光,785 nm的激光得到的SERS光谱具有较高的分辨率以及较低的背景值。与此同时,利用具有1 030 nm激光的便携式拉曼仪对实验样品进行快速、无损分析,有望为临床医学现场、快速分析诊断提供帮助和支持。而且相信,SERS能够在人类健康甚至生物组织的检测等方面提供更加详细的信息。     

PATP在Ag/TiO_2纳米管基底上的表面增强拉曼散射和光催化过程研究

表面增强拉曼散射(SERS)是一种超灵敏、高选择性的分析方法,越来越受到人们的关注。对巯基苯胺(PATP)由于其易吸附在大多数SERS基底表面,并可以产生极强的SERS信号,因此常被用作SERS的探针分子。二氧化钛(TiO_2)是一种目前常用的光催化剂,但是其催化效率仍有待提高。将贵金属与TiO_2复合是提高其催化效率的有效手段。本文采用电化学阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管(TiO_2NTs),并采用光化学还原方法在表面沉积了贵金属银,制备了一种同时具有SERS和催化性能的双功能基底,即银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管(Ag/TiO_2NTs),研究了PATP分子在该基底上的光催化过程,并与在银镜基底上的光催化过程进行了比较。我们发现,Ag/TiO_2NTs基底上的PATP在催化过程中峰强度逐渐减弱,但没有新峰的出现;而在银镜基底上PATP的峰强度随光照时间却几乎没有变化,证明了PATP分子在Ag/TiO_2 NTs上的光催化降解过程。本文还对Ag/TiO_2NTs上PATP的催化过程进行了动力学分析,结果表明PATP在该基底表面的催化反应为一级反应。     

TiO2几何和电子结构调制用于超灵敏SERS传感

半导体表面增强拉曼散射(SERS)材料由于其低成本、高化学稳定性、生物相容性、结构多样性和可控性而备受关注。它们被认为是在实际应用中替代贵金属SERS基板的良好候选者。然而,半导体SERS基底的实际应用受到其低灵敏度和发展滞后的极大阻碍。最近我们研究小组提出了一种利用稀土元素镱(Yb)掺杂制备半导体TiO₂基底材料,这种方法可以实现对二氧化钛的几何和电子结构调制,并且获得了对4-巯基苯甲酸(4-MBA)分子极大的SERS增强。相较于未掺杂的TiO₂, Yb-TiO₂表现出更加优良的SERS增强效果,根据Lombardi等提出的半导体SERS增强理论,增强是通过PICT机制中的Herzberg-Teller耦合,取决于吸附分子和基底能级匹配的程度。     

在酸、碱条件下甘氨酸酐在正电性纳米银上的SERS研究

测定了甘氨酸酐的Raman谱以及甘氨酸酐在酸、碱环境条件下在正电性纳米银上的表面增强拉曼散射光谱(SERS),用B3LYP/6-31g(d)计算了甘氨酸酐的Raman光谱,借助理论计算的结果对实验得出的Raman光谱及酸性环境条件下的SERS进行了指认,得知在此条件下分子物理吸附在纳米银上;碱性环境条件下的甘氨酸酐的SERS与酸性环境条件下的甘氨酸酐的SERS谱及甘氨酸酐的Raman谱相比有了较大的变化,经过分析, 可以认为甘氨酸酐可能在银表面发生水解反应成了为甘氨酸二肽。     

对巯基吡啶在纳米银上的SERS化学增强机理

以对巯基吡啶分子吸附在纳米银上的SERS光谱为研究对象,通过密度泛函理论计算和拉曼散射理论分析,详细地探讨了该分子的吸附结构、异构化、氢键作用和低能激发电荷转移态的性质,模拟了当该分子以不同结构吸附在银上的SERS光谱,研究了其吸附结构与SERS光谱之间的对应关系。理论结果也表明,在SERS增强机理研究中,分子与金属纳米结构和环境的作用是影响SERS光谱的主要影响因素。当激发光的能量与低能激发电荷转移态的能量匹配时,显著影响SERS光谱强度。