银电极上2-巯基吡啶和4-巯基吡啶自组装单层的原位表面增强拉曼光谱电化学

利用原位表面增强拉曼散射(SERS)技术,分别观察了2-巯基吡啶和4-巯基吡啶在银表面自组装单层的电化学行为。实验结果表明,随着电位的负移,2-巯基吡啶和4-巯基吡啶分子在银表面均呈现出先倾斜再垂直然后倾斜的吸附取向改变过程。但发生完全脱附的电位则有所不同。     

巯基苯并咪唑在银电极表面的自组装吸附特性及表面增强拉曼光谱

采用循环伏安法处理Ag电极,得到活化的具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应的粗糙Ag表面,进一步采用激光拉曼光谱探讨了2-巯基苯并咪唑(MBI)在其表面的自组装分子层的吸附特性。实验表明,在活性Ag表面的MBI自组装分子层能够产生理想的SERS效应,其强度随探针分子MBI浓度的增加先提高后减弱,达到一定浓度时因受其空间位阻等因素的影响,增强效应减弱。MBI在1×10^-6 mol·L^-1 浓度时增强效果最大。拉曼增强效应随着体系酸度的变化有着明显不同,在强酸性条件下的增强效应明显优于中性和碱性条件。MBI分子存在两种不同的异构体和在不同酸度下存在3种不同的存在形态,并形成动态平衡。pH <2时,MBI分子主要以硫酮式MBI⁺存在,并以巯基上的S:与活性Ag以配位方式吸附成键,其整个大π键平面垂直地吸附于Ag表面,产生相对较大的SERS信号。pH >2时,由于硫酮式和硫醇式与活性Ag的键合方式和能力不同,硫醇式上的S与Ag以S-Ag共价方式同时双键侧上的N以配位方式协同参与吸附成键,比硫酮式MBI⁺的单纯配位吸附要强,因而形成了竞争吸附,表现为SERS在pH=2~3.7之间的急剧下降。MBI硫醇式由于以S-Ag、N-Ag键的协同吸附,形成了倾斜侧卧式垂直吸附,而使拉曼增强效应相对减弱。     

硫代水杨酸在银表面的化学吸附及其表面增强拉曼光谱研究

采用电化学法对Ag电极粗糙活化,进而对含巯基基团的硫代水杨酸(TSA)进行表面增强拉曼光谱(SERS)研究。研究表明,溶液浓度与pH对增强效应影响显著,1×10-3 mol·L-1与pH 4分别为增强效应的最佳浓度与酸度。浓度增大由于空间位阻等因素影响而增强效应急速下降。由TSA化学吸附所产生的S—Ag峰位基本不随pH改变;但pH对峰强度有显著影响。经对TSA在不同pH下的分布和机理研究表明,TSA是通过中性C₆H₄(COOH)SH分子中的硫醇端基脱H后与活化的Ag表面进行吸附,形成S—Ag化学键而产生SERS光谱。在较强碱性条件下负一价的C₆H₄(COO-)SH 可能与OH- 形成竞争吸附而不易产生SERS;同时吸附基团巯基对羧基振动谱峰的变化以及对苯环共轭体系中的电子云分布有很大影响。     

金电极上2,3-二巯基丁二酸镍配合物修饰膜的化学特性研究

采用非现场表面增强拉曼光谱(ex-situ SERS)与电还原等方法,对2,3-二巯基丁二酸(DMSA)及与Ni(Ⅱ)所形成的配位化合物DMSA-Ni(Ⅱ),在活性Au电极表面的修饰膜进行了研究。先由紫外吸收光谱测算了DMSA与Ni2+形成的配合物参数,其配位比为1∶2,稳定常数为4.716×107,可知形成的配合物较稳定。研究表明,DMSA与活性Au发生了吸附作用,DMSA-Ni(Ⅱ)形成的是S—Ni—O配位键,DMSA-Ni(Ⅱ)在Au电极上电还原时出现了两个还原峰,认为：负扫出现的第1个还原峰是由DMSA-Ni(Ⅱ)配合物动态平衡中的DMSA与Au吸附键合的RS—Au基团产生,而第2个还原峰与配合物中的Ni2+有关。通过Au表面DMSA-Ni(Ⅱ)修饰膜覆盖度的测定、分子面积的比对表明,DMSA-Ni(Ⅱ)在活性Au表面的分子排布状态可能是分散的或局部连接的单分子层,而非聚集在一起的致密层或分子间重叠的多层形式。     

2-巯基苯并咪唑的表面增强拉曼光谱检测方法研究

以表面增强拉曼光谱(SERS)方法对2-巯基苯并咪唑(2-MBI)进行了研究,以自组装在玻璃基片上的银纳米膜作为SERS增强基底,采集了2-MBI的SERS光谱图,并对其拉曼特征峰进行了指认。研究了吸附时间和分子浓度对拉曼光谱的影响,以411cm~(-1)拉曼谱峰为定性和定量分析的特征峰。在10-6~10-3mol·L~(-1)浓度范围内拉曼光谱强度与2-MBI浓度的负对数呈现较好的线性关系,线性方程为I=1 237.8logc+8 326.3,线性相关系数为0.999 8,相对标准偏差在0.025~0.084之间,此方法检测2-MBI的检测限为10-7 mol·L~(-1)。这些研究为发展新的针对2-MBI的检测方法奠定了基础。     

粗糙银电极上高铁血红素的非共振表面增强拉曼光谱研究

以632.8nm为激发线,研究了高铁血红素的非共振表面增强拉曼光谱。结果表明,高铁血红素的氧化和还原状态的拉曼谱图以B_(1g)振动模式为主;血红素以丙酸侧基直接吸附于电极表面,叶啉环则以垂直于电极表面的形式存在。B_(1g)振动模式v_(15)对血红素中心铁的氧化还原状态十分敏感,被指认为非共振条件下血红素氧化还原状态的特征谱峰。     

银电极表面上C60薄膜的表面增强拉曼光谱研究

在银电极表面形成一层C60薄膜,分别在乙腈溶液和水溶液中进行表面增强拉曼光谱(SERS)研究并将两者进行比较,从而消除了溶液中的C60干扰表面吸附C60的SERS谱图的可能性.研究结果表明,C60分子对称性的降低导致SERS谱峰发生了分裂;表面电磁场的作用使得光谱选律在SERS效应中被拓宽,产生了新的拉曼谱峰.该结果与团簇吸附在粗糙银电极表面的C60分子的研究结果相似.与之不同的是在乙腈溶液和水溶液中的SERS谱图的低波数区内分别在348和311 cm-1左右出现一个新峰,经过分析可认为该峰与C60-金属基底的相互作用有关.     

胞嘧啶吸附在粗糙银和金电极上的表面增强拉曼光谱

利用电化学伏安方法和表面增强拉曼光谱(SERS)技术研究了在-1.0V~0V的电位区间内胞嘧啶在粗糙银电极和金电极表面上的吸附行为。结果表明,在所研究的电位区间,胞嘧啶通过N3位垂直吸附在粗糙银和金电极表面,且当电位负移时吸附作用减弱。     

覆银银电极上哌啶分子的表面增强拉曼散射研究

通过改进电极修饰方法,在粗糙银电极上沉积银纳米颗粒,得到了哌啶分子吸附在覆银银电极上的高质量SERS谱,并研究了电位对哌啶分子在这种覆银银电极上SERS光谱的影响。实验表明,沉积有银纳米颗粒的粗糙银电极是一种新的高效SERS活性基底,分析并解释了覆银银电极能产生极强的增强效应的可能原因。     

对巯基苯甲酸在电化学沉积金膜表面的SERS研究

SERS技术由于具有高灵敏度的表面效应,能够检测吸附在金属表面的单分子层或亚单分子层的分子,并能给出丰富的分子结构信息,因而己被广泛应用于界面科学以及定性和定量分析科学领域之中。本文在制备电化学沉积金纳米薄膜的基础上,利用扫描电镜观察金纳米薄膜的形貌,通过分析对巯基苯甲酸在电化学沉积金膜表面的SERS光谱,研究对巯基苯甲酸在金纳米薄膜表面的吸附方式。由SERS光谱分析,我们推断出对巯基苯甲酸可能通过羧基和S原子共同作用吸附在金纳米颗粒表面,且苯环平面可能与金薄膜表面成一定倾斜角。     

硫唑嘌呤在银电极表面吸附的SERS光谱表征

本文借助于表面增强拉曼散射(SERS)技术, 对硫唑嘌呤(AZA)分子在银表面的吸附行为及其变化特征进行了研究。研究结果表明, AZA 分子在银表面的吸附位点是嘌呤环上3位的氮原子。进一步研究发现, 其吸附取向随着溶液pH 的改变而发生变化。这一转变过程通过 AZA 分子的 SERS 特征谱峰的强度有规律的显著变化而得以表征。     

P-thiocresol 吸附在银纳米粒子表面系统的表面增强拉曼散射和表面增强共振拉曼散射的增强研究

文中从实验和计算两方面报道了在514.5 nm激发光下P-Thiocresol吸附在银胶表面系统的表面增强拉曼散射(SERS).文中分析了它的增强机制,发现增强主要来自于电磁场增强.如果考虑距离为2nm的两个银纳米粒子的耦舍效应,两粒子之间的SERS的电磁场增强为7.16 × 107.静态化学增强亦起到部分增强作用,它的增强倍数为6.所以,总的SERS增强,包括静态化学增强和电磁场增强,是Gtotal=Gsc ×GEM=4.4×108.我们也理论地研究了此系统的表面增强共振拉曼散射(SERRS).当激发光与P-Thiocresol-Ag3系统的激发态共振时,电荷转移机制(化学增强)也将起到重要作用,最强的增强可迭106.我们使用电荷密度将激发光下p-Thlocresol和Ag团簇问的电荷转移结果可视化,这是电荷转移的直接理论证据.对于SERRS增强,包括电荷转移和电磁场增强机制,能达到1013.     

对SERS衬底表面杂质的处理研究

化学沉积法制备的SERS衬底表面有时会引入杂质分子,所以在进行分子的SERS研究时,时有杂质的拉曼峰干扰。实验尝试利用KCl溶液浸泡除去银镜表面杂质的方法,取得了预期的效果。并把处理后的银镜用于分子的检测研究。这种方法简单易行,为分子的SERS研究提供了一条便利途径。     

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。     

甲酸在铂钌电极上电催化氧化的原位SERS研究

采用循环伏安法和电化学原位表面增强拉曼光谱(in-situ SERS)技术研究了甲酸在铂钌电极上解离吸附与氧化行为。发现甲酸在铂钌电极上也能自发解离吸附。铂钌电极上CO的氧化峰电位与粗糙铂电极相比负移了180mV,把CO氧化完毕的电极电位亦负移了300 mV,从分子水平证实铂钌电极对甲酸电催化氧化的活性比纯铂电极更高。该研究结果表明,SERS技术可望拓展为研究电催化体系的有效工具。     

负电性纳米银溶胶SERS活性及稳定性的比较研究

用单宁还原硝酸银可制得表面带负电的、对阳离子型分子具有较强SERS效应的纳米银。为了进一步测试负电性纳米银溶胶的SERS活性及稳定性,在室温下用制针剂的封装机将样品(old NCS)封装并保存。两年后与新制备的负电性纳米银溶胶(new NCS)比较,用透射电镜观测发现old NCS与new NCS相比银粒子尺寸增大;用紫外可见吸收光谱测定old NCS的吸收峰为431 nm,new NCS的吸收峰为418 nm,old NCS与new NCS相比吸收峰发生红移。为比较old NCS及new NCS的SERS活性选取阳离子型分子、中性分子及阴离子型分子作为测试分子,用拉曼光谱仪测试这些分子在两种纳米银上的SERS谱,结果发现,阳离子型分子碱性品红、中性分子吖啶橙在old NCS及new NCS上SERS较强,阳离子型分子亚甲基蓝在old NCS上与在new NCS上相比SERS较弱,阴离子型分子苯甲酸在old NCS及new NCS均未观察到SERS信号。     

Tuning SERS for living erythrocytes: Focus on nanoparticle size and plasmon resonance position

Surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a unique technique to study submembrane hemoglobin (Hb_sm) in erythrocytes. We report the detailed design of SERS experiments on living erythrocytes to estimate dependence of the enhancemen t factor for main Raman bands of Hb_sm on silver nanoparticle (AgNP) properties. We demonstrate that the enhancement factor for ν 4/A1g, ν 10/B1g and A2g Raman bands of Hb_sm varies from 10⁵ to 10⁷ under proposed experimental conditions with 473 nm laser excitation. For the first time we show that the enhancement of Raman scattering increases with the increase in the relative amount of small NPs in colloids, with the decrease in AgNP size and with plasmon resonance shift to the shorter wavelength region. Obtained results can be explained by the ability of smaller AgNPs to get deeper into nano‐invaginations of the plasma membrane than larger AgNPs. This shortens the distance between small AgNPs and Hb_sm and, consequently, leads to the higher enhancement of Raman scattering of Hb_sm. The enhancement of higher wavenumber bands ν 10/B1g and A2g is more sensitive to AgNPs’ size and the relative amount of small AgNPs than the enhancement of the lower wavenumber band ν 4/A1g. This can be used for AgNP‐controlled enhancement of the desired Raman bands and should be taken into account in biomedical SERS experiments. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.