环糊精修饰的Pickering乳液用于痕量有机物及离子的测定

表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种分子光谱,不仅能够测得分子的指纹谱图,同时由于增强基底的不断发展,极高的灵敏度和简单快速的测试过程使其在痕量快速测定及成像领域广受关注。采用环糊精作为功能性分子,通过乳化的方式得到了具有SERS增强活性的Pickeiring乳液粒子,并将其作为SERS增强基底,利用在其表面发生的催化反应,以间接法实现了对有机污染物邻苯二胺(OPD)和无机离子NO-2的快速测定。利用这种乳液粒子作为增强基底,不仅可以实现多相物质的测定,同时可以用于界面反应的原位检测,在催化机理研究中也有重要的意义。     

表面增强拉曼与催化双功能材料研究与应用

表面增强拉曼散射(SERS)是吸附在纳米材料表面分子的拉曼信号被极大增强的现象,而纳米材料由于其量子效应具有优异的催化功能。协同复合材料的催化与SERS活性,在原位-动态环境条件下,研究催化剂本身及其表面的分子转化催化过程,间接超灵敏检测小分子、重金属离子、生物分子等对于催化体系研究具有重要的意义。最近构筑了一系列SERS-催化集成体系,并利用SERS技术研究了其催化机制与应用。     

纳米酶表面增强拉曼研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。     

SERS技术研究光催化过程中催化剂表面分子取向的变化

伴随着可持续发展的需求,光催化作为一种能够直接利用太阳能转化为化学能的技术已经被广泛应用于有机合成领域,尤其是利用光催化技术实现有机反应中最重要的C—C键的构筑,已经广泛应用于医药、染料和电子工业等方面^[1]。而表面增强拉曼光谱具备检测灵敏度高,原位检测等优势,可以有效显示光催化过程中物质的结构变化信息,是研究催化过程中分子在催化剂表面的反应过程的有力手段^[2]。该工作合成了一种兼具优良SERS增强性能和一定光催化活性的Ag-AgCl-Pd基底,通过原位监测光催化偶联反应的进程,揭示了催化剂表面分子取向的变化,同时探究了该变化对不同反应物反应效率的影响。     

溶剂诱导的金纳米哑铃液液界面组装用于人体尿液中毒品SERS检测

本文开展了基于表面配体交换后溶剂诱导的金纳米哑铃液液界面组装及其用于人体尿液中毒品的SERS检测研究。利用配体交换的金纳米哑铃在诱导溶剂的作用下,在有机相和水相界面自组装成大面积的单层界面薄膜,同时结合对人体尿液中毒品进行快速分离和提纯的方法,解决纯化后有机相与SERS基底的相容性,在基底液液界面组装的同时实现对待测体系毒品分子的界面富集,并进行界面处的原位SERS检测。该方法灵敏度高、检测速度快,可用于公安及司法部门的疑似含毒品人体尿液的高通量检测。     

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。     

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。     

表面等离激元催化羟基苯硫酚反应的SERS光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因其自身的优势在表面等离激元催化反应的研究中发挥了重要作用。利用SERS结合电化学调控电位,研究了638nm激光作用下的对羟基苯硫酚(PHTP)及其同分异构体的脱羟基反应。结果表明,在一定电位下,在间位和对位的羟基苯硫酚的SERS谱峰中可观察到新峰生成,由此认为这两种物质可发生脱羟基反应,而并没有观察到邻羟基苯硫酚的脱羟基反应,说明取代基位置改变造成了空间位阻效应,导致了可能对最终的催化反应的发生产生影响。     

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。     

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。     

基于酶解反应实现胰蛋白酶的SERS检测

胰蛋白酶是一种丝氨酸蛋白水解酶。作为一种生物催化剂,其活性及浓度与生命活动息息相关。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种光谱技术被广泛地应用于酶体系,从分子水平研究酶反应。本研究利用胰蛋白酶的催化特性,酶解反应后体系电势发生变化从而进行静电组装,提出了一种用于检测胰蛋白酶活性及专一性的新SERS方法。该方法同样适用于复杂生物体系中,体现了SERS生物传感在酶活性分析中的优越性和应用前景。     

磁性-金属核壳纳米结构在分离和SERS检测中的应用研究

对于复杂有机混合物的快速分离和检测已经成为环境监测和食品安全中研究的重点内容。高效液相色谱法(HPLC)作为一种有效的分离技术可对复杂体系进行分离,而表面增强拉曼光谱(SERS)具有高表面灵敏度,可对分子进行准确的定性和班定量分析,两种结合可望对复杂体系进行详细的分析指认。本文通过利用磁性-金属核壳纳米粒子为SERS基底,将HPLC和SERS技术联用,选用4,4-联吡啶和农药福美双混合物作为模型体系,以可撤离的磁场作为富集手段,在HPLC分析的同时实现流出物与纳米粒子的充分作用,以HPLC的检测器测定成分流出时间,以SERS确定对应的物种的成分,从而有限实现分离和连续在线SERS检测。     

基于表面增强拉曼光谱的碱性磷酸酶活性检测方法研究

碱性磷酸酶(ALP)是一种重要的酶类生物标志物,其非正常表达与肝功能紊乱、骨病等疾病联系紧密。本研究建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)的ALP活性检测新方法,该方法合成了探针分子B-MDP,并利用探针分子磷酸根可被ALP催化水解为酚羟基从而引起SERS谱图明显变化的机制,完成ALP活性的分析检测。得益于SERS技术能够提供分子指纹谱图以及催化反应特异性的复合优点,B-MDP对ALP具有高选择性;同时,该方法可在ALP活性为0.01～0.5 mU/mL和0.5～10 mU/mL范围内呈现良好的线性关系,检出限为3μU/mL。此外,该方法对血清样品中ALP的加标回收率为98.98%～109.74%,利用该方法也可进行Na_3VO_4对ALP活性的抑制能力评估。结果表明,该方法选择性好、灵敏度高、线性范围宽,可为ALP相关疾病的诊断及其抑制剂筛选提供新的分析方法参考。     

表面增强拉曼散射胶带:一种原位检测平台

基于局域表面等离基元共振的原理,表面增强拉曼光谱(SERS)技术因其具有灵敏度高、使用方便、能提供近场增强的优点,广泛用于催化、光谱电化学、传感等领域[1-2]。表面增强拉曼基底是SERS的核心,硅片、玻璃片是最常用的用于制备SERS基底的衬底材料,然而他们的刚性特征限制了其应用范围。我们提出了一种简单的制备表面增强拉曼散射胶带的方法,利用胶带的粘性特征直接将沉积在刚性硅片表面的纳米结构转移至胶带表面。需要用时直接将胶带撕下来贴在需要检测的位置上,这种表面增强拉曼散射胶带可灵活方便用于固体、液体的原位检测和研究。     

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。     

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。     

超灵敏SERS基底的构筑及其在催化与检测中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)由于其极高的灵敏度和选择性在分析化学、材料科学、生物医学、环境监测等领域具有巨大的应用前景,SERS在向实际应用体系延伸的过程中,兼具多功能性质应用的材料是当今SERS基底构筑的发展方向。这里我们介绍两种超灵敏SERS基底的构筑方法及其在催化与检测中的应用:一种是银箔/ZnO纳米纤维的构筑,并利用这种SERS基底检测有机污染物的光催化降解动力学过程;一种是超疏水超亲油的三维网状结构的金/泡沫镍材料的构筑,建立了一套分离、富集的系统对环境中持久性有机污染物进行SERS检测。     

基于葡萄糖氧化酶-辣根过氧化物酶催化体系的葡萄糖SERS定量分析研究

葡萄糖氧化酶法(glucose oxidase,GOx)是生物体系以及葡萄糖检测中常用的方法,其中葡萄糖氧化酶可以专一地催化葡萄糖生成葡萄糖酸以及过氧化氢(H2O2)。葡萄糖氧化酶内部的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)则是其主要的活性成分,在葡萄糖的催化氧化过程中起着电子传递的作用。传统的葡萄糖氧化酶法主要是通过借助辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)/TMB显色体系完成对葡萄糖的定量分析,即葡萄糖氧化酶可以特异地催化氧化葡萄糖,产生H2O2。在H2O2存在的体系中,辣根过氧化物酶可以将底物分子四甲基联苯胺(TMB)催化氧化。表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一种超灵敏检测手段并且被广泛应用于生物检测中[1]。经研究发现,TMB分子具有很高的SERS活性,并且TMB分子经过催化反应之后,其SERS光谱发生明显的增强,我们以此实现葡萄糖的定量分析研究。     

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。     

纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究

兼具多功能性质的材料是当今表面增强拉曼(SERS)基底构筑的发展方向。纳米模拟酶催化剂近年来发展迅速,引起了不同领域包括材料、化学、生物学、医学等学科的广泛研究兴趣。与天然酶相比,纳米酶具有高稳定性和可调催化活性以及价格低的优点,并能够避免生物酶易失活的特点,使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景,特别是在分析化学中有重要意义。构筑了一系列兼具类酶催化活性和SERS活性的纳米酶SERS基底,利用SERS及其他技术研究了类酶催化过程中分子的反应动力学过程,探讨了其类酶催化机理,并将其应用于多种有机分子及生物分子的超灵敏检测中。这里我们介绍几种多功能纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究:(1)石墨烯/半导体/金属复合纳米酶催化材料的构筑及其对生物体系的超灵敏检测;(2)碳点/金属复合纳米材料的构筑及其SERS增强机制与类酶催化性质研究;(3)导电高分子/金属复合材料的制备及其SERS与类酶催化性质研究;(4)金属/MOF复合材料的构筑及其SERS与类酶增强催化机理与检测研究。