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。     

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。     

挥发性有机物的非接触SERS检测

挥发性有机物在自然环境中普遍存在,对人体健康造成显著影响,为此亟待发展高灵敏度的快速识别和检测技术。本文通过制备和优化表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底,实现了强吸附和弱吸附型挥发性有机物的检测。首先利用化学方法合成了粒径约为30nm的均匀准球形金纳米粒子,该粒子具有SERS效应以及良好的化学稳定性,以该纳米粒子为单元,通过气液两相界面自组装技术制备增强性能好、SERS信号均匀的金纳米粒子单层膜(Au MLF),并以此为SERS基底对挥发性有机物苯硫酚进行了检测。为了实现弱吸附挥发物质的检测,对Au MLF表面进行了修饰,构建了聚二甲基硅氧烷(PDMS)-Au MLF复合基底,实现了苯及二甲苯等弱吸附型挥发性有机物的检测。     

高温退火优化h-BN/Ag/Ag2O异质结构型及表面增强拉曼散射性能研究

由等离激元金属和半导体结合形成的金属/半导体异质结构型有利于光诱导电荷转移(PICT)效率的提高,在表面增强拉曼散射(SERS)研究中具有明显优势.本文通过对所制备的杂化底物进行热退火处理进一步提高了其SERS活性.首先,在二维六方氮化硼(h-BN)纳米片表面成功负载生长了高密度和单分散的Ag/Ag₂O纳米颗粒.在此基础上,通过进一步高温退火处理所得复合体系,构建出高效的电荷转移通道,从而大幅度提高了PICT效率,使化学增强得到显著提高.实验结果表明,相比于退火前,经320℃高温退火处理所得到的h-BN/Ag/Ag₂O复合材料作为基底,可以使结晶紫分子的SERS信号强度显著增强18倍,增强因子高达1.63145×10⁷.最后,基于h-BN/Ag/Ag₂O 320℃退火复合材料优异的SERS性能,实现了对食品添加剂专利蓝V的超灵敏SERS检测,其检测极限低至10^–12 M.本文构建的h-BN/Ag/Ag₂O 320℃退火复合材料兼具物理增强和化学增强,在食品...     

基于COMSOL Multiphysics对Cu2S量子点的表面等离激元共振模拟研究

Cu₂S量子点作为一种新型半导体纳米材料以其特有的化学及光学性质而越来越被人们所关注. 本文通过应用COMSOL Multiphysics4.2a这一基于有限元法的模拟软件, 运用其中的电磁波模块, 结合Maxwell电磁波理论对影响Cu₂S量子点产生表 面等离激元共振的条件做出了模拟分析, 运用Kretschmann棱镜耦合系统建立了理论模型, 通过改变量子点的粒径、有机溶剂的折射率、入射光的波长以及对量子点进行包裹等方式, 模拟出在不同条件下Cu₂S量子点产生表面等离激元共振信号的情况, 为Cu₂S量子点在表面等离激元共振传感中的实际应用提供了理论依据和参考. 关键词： COMSOL Multiphysics 2S量子点')" href="#">Cu₂S量子点 表面等离激元共振 有限元法     

稳定的金-银与金-铜合金纳米颗粒的制备和应用

金、银、铜等贵金属的纳米结构都具有表面等离激元共振效应,在表面增强拉曼散射(SERS)和光催化领域具有重要的应用价值。合金纳米颗粒有望兼具多种金属的优点,赋予金属纳米颗粒更多优良品质。本论文中,我们通过改进“Brust”法,成功合成了直径1～5 nm的Au₁Ag₁和Au₁Cu₁合金纳米颗粒,所制备的合金纳米颗粒在空气中具有良好的稳定性,并在有机溶剂中具有良好的溶解性。利用溶液法组装的Au₁Ag₁和Au₁Cu₁合金SERS基底,分别对532 nm和785 nm的激发光表现出良好SERS性能。相同条件下,Au₁Ag₁基底比Au基底对R6G探针分子的拉曼信号强度提高了2～4倍,表现出良好的SERS活性。Au₁Cu₁合金基底则比Au₁Ag₁合金和Au基底表现出更强的光催化活性,在光催化领域表...     

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10~(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.     

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。     

胶带快速转移水油液液界面自组装纳米金制备透明柔性SERS基底

表面增强拉曼(SERS)是一种快速灵敏的表面分析检测技术。提出了一种简便快捷的制备高活性的透明柔性SERS基底,使用乙醇诱导Au NPs从水溶液中组装到水/油界面的形成致密的Au MLF后再用透明胶带转移即制备完成了SERS基底。UV-Vis和SEM测试结果显示纳米金被紧密的吸附在透明胶带上。通过调控Au溶胶的浓度以及加入乙醇与Au溶胶的体积比来控制Au纳米粒子在胶带的密度,发现加入的氯金酸体积0.4mL,乙醇与Au溶胶体积比10∶4时,制备完成的Au/Tape基底具有最佳的活性,以孔雀石绿分子为拉曼探针计算了Au/Tape基底的增强因子EF为1.8×107。此基底在非平整表面现场超灵敏快速检测具有潜力。     

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。     

双金属纳米天线在少周期激光中的宽带超快电磁响应

研究了耦合的核壳双金属纳米粒子天线的光场增强与超快时域响应. 在少周期激光的应用中, 如表面等离激元金属纳米器件中的超快响应探测元件, 这种双金属天线展示了超宽带共振频谱及控制局域表面等离激元增强的能力. 研究了二聚体、三聚体以及七聚体, 并且发现三聚体Ag/Au核壳结构显现了极高的场增强能力, 其场振幅增强因子超过了120, 并在5 fs的时间内场振幅迅速衰减为30, 保持了超快的光学响应特性. 利用该结构的表面等离激元增强效应产生高次谐波, 对于产生超快阿秒脉冲有着潜在的重要应用价值. 关键词： 纳米光学天线 双金属球壳结构 少周期激光脉冲 表面等离激元     

基于棱镜型消逝场耦合增强拉曼/荧光原位光谱检测系统

为解决单一技术在表界面过程研究中的局限性,发展多技术协同配合的综合探测装置具有重要意义。该研究使用Kretschmann棱镜激发银膜表面等离激元极化子(SPP),并在银膜表面修饰具有拉曼及荧光活性的目标分子。利用分子对表面电磁场的散射和吸收,将近场的能量重新发射到远场,实现探测。基于该技术,搭建了一套原位融合表面等离激元共振(SPR)光谱、表面增强拉曼散射(SERS)、表面等离激元增强荧光的检测系统,用于实现高灵敏的表界面事件监控及光谱分析功能,并以Cy5.5@SiO₂@AuNP@4MBA荧光拉曼双探针为标准样品对仪器功能进行验证。该装置在动态调控等离激元器件,生物传感与检测,界面光电催化等领域均有很多潜在应用。     

一种简单的方法制备双共振基底用于SERS检测

本文提出了一种快速简单制备的双共振基底用于SERS检测,该多层结构的纳米粒子间的区域表面等离子体以及光栅与介质间激发的表面等离子体极化激元产生耦合,导致了区域电磁场的提高,实现了SERS的增强。实验表明双共振基底的SERS强度可达到Au纳米粒子单共振SERS基底的10倍,说明了双共振SERS基底具有很高的灵敏性。RSD结果表明双共振基底也具有非常好的重现性。     

表面等离激元辅助反应及其表征研究进展

金属纳米结构的表面等离激元共振效应能够显著提高金属对光的吸收。表面等离激元效应在金属表面产生增强电场的同时,产生大量的热和高于费米能级的热电子。这些效应可以极大的提高表面化学反应速率,甚至提高选择性,实现传统方法难以实现的反应。本文回顾了表面等离激元辅助反应中各种效应(包括光电场、热和热电子)对反应的作用,总结了高效表面等离激元辅助反应的原则。等离激元增强拉曼光谱由于具有既能通过表面等离激元引发反应,又能通过光谱观测反应的特点,因此在表征等离激元辅助反应方面具有独特的优势。最后从原位表征、界面调控和多外场协同等方面提出了展望。     

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。     

表面等离激元——机理、应用与展望

等离激元光子学(plasmonics)的研究内容是金属纳米结构独特的光学性质及其应用.随着纳米科技的进步,等离激元光子学已经迅速发展成为一门新兴学科,在生物、化学、能源、信息等领域具有重要的应用前景.文章主要介绍表面等离激元(surface plasmons,SPs)的一些基本物理性质,包括局域的表面等离激元(localized surface plas-mon,LSP)和传导的表面等离激元(propagating surface plasmon polariton,SPP),文章还介绍了表面等离激元的几个重要的应用方向,例如生物/化学传感器、表面等离激元激光、光开关器件以及表面等离激元光逻辑运算,等等.     

TiO2-Ag纳米复合材料的制备及其光电催化性能研究

载流子在等离激元金属纳米粒子上的快速复合,导致传统的光电催化剂效率显著降低,通过金属和半导体的复合可实现热电子和空穴的分离以提升光电催化效率。采用Ag纳米粒子与半导体TiO₂纳米粒子复合提高其光电催化活性,并探索了催化活性提升的机理,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料之间空间电荷区能带弯曲以及内置电场的作用,为设计高性能SPR光电催化剂提供理论和实验依据。以对氨基苯硫酚(PATP)及对硝基苯硫酚(PNTP)的光电催化偶联反应为探针,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料的催化性能。结果表明TiO₂的引入提高了Ag的SPR催化活性,其主要原因是TiO₂的引入可提高TiO₂-Ag间电子和空穴的分离效率。     

基于气相沉积等离激元纳米粒子/三维石墨烯-镍泡沫复合结构的高灵敏度表面增强拉曼检测

本文提出一种基于气相沉积银纳米粒子和三维石墨烯-镍泡沫的复合等离激元结构.该结构是利用气相纳米团簇束流技术将高密度的银纳米粒子直接沉积于三维石墨烯-镍泡沫的表面制备而成.与传统银纳米结构相比,复合三维等离激元纳米结构具有"热点"数量多,局域场更强的特点,可作为基于表面增强拉曼技术的高灵敏度化学传感器.拉曼测试实验结果表明,该三维纳米结构在表面增强拉曼检测中可获得灵敏度高,重复性好的探针拉曼信号.通过进一步的理论模拟,发现该三维等离激元结构中增强的拉曼信号主要归因于纳米粒子与纳米粒子之间以及纳米粒子与石墨烯-镍泡沫衬底之间的多重近场耦合效应.     

截面形状对快电子激发纳米双线表面等离激元的影响

采用边界元方法研究了快电子在金属纳米双线中激发间隙表面等离激元(SPP)的性质,比较了在不同横截面形状(包括圆形、尖劈形和不规则形状)下电子所激发SPP的不同.研究表明:在以上波导结构中,快电子都能激发具有较长传播距离和较好局域性的低阶单级-单级耦合的间隙等离激元模式;同时通过对波导无量纲价值参数的比较,发现快电子在纳米双线中激发间隙等离激元对双线波导的横截面形状要求不高,横截面形状真正影响的是高阶等离激元模式的激发,而且快电子在截面形状为尖劈的双线波导中能激发局域性更强的间隙SPP.该研究将对实验中利用 关键词： 表面等离激元 间隙模式 金属纳米波导     

Au-TiO_2纳米复合基底的制备及其SERS研究

通过溶胶-水热法合成TiO_2纳米粒子,然后采用光催化还原法通过改变氯金酸(HAuCl4)水溶液浓度和光照时间等参数制备不同量Au沉积的TiO_2(Au-TiO_2)纳米复合体,并以其作为SERS活性基底对吸附在其表面的探针分子(4-MBA)进行SERS研究。与纳米TiO_2上本征的SERS增强相比,适量的Au沉积导致复合基底对4-MBA分子具有更强的SERS增强效应,4-MBA的SERS信号增强来源于贵金属和半导体的共同作用;制备复合基底的光还原时间和氯金酸的浓度对复合基底的SERS增强效应均具有重要的影响。