金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究——表面粒子密度与拉曼光谱强度的关系

利用纳米粒子组装制备了金基底———巯基苯胺自组装膜偶联层———金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。实验结果显示,该结构对偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强度与表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现负偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

银纳米粒子阵列的自组装及其表面增强拉曼光谱应用

在以聚赖氨酸为表面耦联层分子的玻片基底制备了银纳米粒子阵列。ＳＥＭ表征结果表明,银粒子以亚单层的形式排列在基底表面。比较银溶胶和纳米粒子阵列的紫外可见光谱可见聚赖氨酸耦联层对银纳米粒子的粒径具有一定的选择性,甲基紫精在银纳米粒子阵列上的表面增强ＦＴ拉曼光谱表明在近红外区拉曼散射的表面增强主要来自于化学增强效应。     

金纳米粒子的图案化组装及表面增强拉曼光谱研究

利用聚苯乙烯纳米粒子有序组装结构为模板,进行了金纳米粒子的图案化组装。金纳米粒子在聚苯乙烯纳米粒子底部自组装聚集,形成规则的“面包圈”结构。表面增强拉曼光谱表明,相对于随机分布的金纳米粒子而言,金纳米粒子组装结构具有聚焦电磁场作用,从而使吸附的对巯基苯甲酸的拉曼散射得以进一步增强。     

金纳米粒子的电化学合成及光谱表征

采用电化学方法合成各种形状的金纳米粒子,生成的金纳米粒子形貌与施加电流有关,通过匀速递增电流电解的方法,可制备得到哑铃形,球形以及棒状金纳米粒子,采用恒电流电解方法主要获得球形及哑铃形纳米粒子。利用透射电镜、紫外-可见光谱及拉曼光谱对金纳米粒子进行相关表征。紫外-可见光谱研究发现金纳米棒出现位于近红外区间的吸收峰(985 nm),由此推测棒的长径比约为6。以结晶紫为探针分子,研究了金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)效应,并分析得出其平躺的吸附模式。根据形貌表征的结果推断了纳米粒子的生长机理。     

玻璃基质中银纳米粒子的表面增强拉曼光谱研究

本文利用离子交换技术结合后续处理过程在玻璃基质中引入Ag纳米粒子,首先通过Ag+交换把Ag+引入到载玻片中,再结合进一步的K+交换或后续热退火处理使Ag+还原成Ag纳米粒子。分别采用吸收光谱和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对所制备的Ag纳米粒子进行光学性质和表面形貌的表征。为了研究Ag纳米粒子的表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)活性,我们分别以含Ag纳米粒子的载玻片和不同浓度的罗丹明6G(R6G)溶液作为基底和探针分子进行了拉曼光谱测试,基底呈现良好的增强效果。根据表面增强拉曼光谱的测试结果,给予相应的分析和解释。     

新型冠状病毒S蛋白在金纳米粒子中的表面增强拉曼效应

表面增强拉曼光谱技术因其高灵敏度、操作简单、快速检测等优点,被广泛用于病毒检测方面。国内外的病毒拉曼检测研究主要集中在检测病毒核酸以及组成核酸的各种碱基的表面增强拉曼光谱(SERS),但少见对病毒蛋白的SERS检测。以新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白为检测对象,采用无标记SERS检测方法,对比SARS-CoV-2固态、饱和液态S蛋白的普通拉曼光谱和选用40 nm金纳米粒子为基底的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱。结果表明,以40 nm金纳米粒子为基底,采用SERS技术检测SARS-CoV-2的S蛋白是完全可行的。SARS-CoV-2的S蛋白分子中的羧基与金纳米粒子发生了分子增强,氨基与金纳米粒子发生了电磁增强,从而使得SARS-CoV-2的S蛋白拉曼效应得到了增强,并使得峰位发生一定移动。实验获得了较好的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱,为建立敏感、特异、快速的SARS-CoV-2检测新技术提供了一种方法。     

二维组装纳米银粒子上对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱研究

采用表面自组装方法在聚赖氨酸修饰ITO电极表面和对巯基苯胺修饰光滑银表面组装了纳米银粒子的二维结构。FT -SERS光谱结果表明 ,巯基苯胺的吸附取向垂直于金属银表面 ,其中电磁增强机理起主导作用 ,但同时也存在化学增强的贡献。纳米银粒子的“体积效应”使其与吸附分子间的电荷转移更为有利。耦联于纳米银和光滑银表面间的巯基苯胺的拉曼散射增强则与纳米银粒子和光滑银表面的耦合而导致的局部电磁场增强直接相关。     

不同形状的金纳米粒子的表面增强拉曼光谱

使用514 5nm激光激发,第一次得到了不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)。一般情况下,较短波长(<600nm)激发所获得的增强要小于使用较长波长(>600nm)的激发。然而,对特殊形状的自组装金纳米粒子,由于避雷针效应,即使使用绿光激发也可获得很高增强的SERS。     

金银合金纳米粒子的合成及其SERS研究

采用柠檬酸三钠作为保护剂,通过水合肼还原的方法合成了不同组成的Au-Ag合金纳米粒子。UV-Vis光谱中只观察到一个位于单金属银和金之间的等离子体共振峰, 表明金银已形成合金。TEM显示合成的粒子非核壳结构,金银分布均匀, 合金粒径在25 nm左右。用吡啶为探针分子研究了合金的表面增强拉曼光谱(SERS), 结果表明吡啶在合金表面表现出了不同于纯金和纯银的行为。     

氯离子刻蚀三角银纳米粒子及其拉曼光谱的研究

在硼氢化钠和双氧水共存的体系中还原硝酸银,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,在柠檬酸钠的作用下合成三角银纳米粒子,随后加入氯离子,研究其作用下三角银纳米粒子的形貌变化.结果表明:随着氯离子浓度不断增大,三角银纳米粒子逐渐被刻蚀成圆盘粒子,且吸附生物分子多巴胺后,SERS信号随着粒子减小而增强,原因可能在于粒子形状发生转化的同时还生成了大量的银团簇物质,这些银团簇的存在活化了溶胶体系的性质.     

噻菌灵在纳米银胶表面吸附的表面增强拉曼光谱研究

噻菌灵(TBZ)属苯并咪唑类杀菌剂,容易在水果、蔬菜及相应的果蔬饮品中形成有毒残留。基于密度泛函理论(DFT)的量子化学计算方法和表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从理论和实验角度系统研究了噻菌灵在纳米银胶粒子表面的吸附行为和增强效应。采用柠檬酸钠还原法制备了具有表面增强拉曼散射活性的银纳米溶胶,并对水相的噻菌灵进行了SERS光谱研究。利用TBZ-Ag₄四种吸附模型对噻菌灵与银纳米溶胶的相互作用进行了理论分析。结合FT-Raman光谱和B3LYP/6-311G(d)理论计算的结果,借助Gaussian View5.0程序的图形化功能,对噻菌灵分子的振动模式、FT-Raman振动光谱和SERS光谱进行了系统的指认。研究结果表明：噻菌灵分子的所有原子在同一平面上,属于Cs对称性;其在银纳米溶胶表面具有十分显著的表面增强拉曼活性;分子中的S原子与银胶粒子发生吸附作用,并通过该分子的长轴方向垂直于银纳米银胶表面;可利用SERS光谱方法对痕量的噻菌灵进行快速检测。为研究噻菌灵的特性以及其快速检测提供了理论和实验依据。     

表面增强拉曼光谱在铁腐蚀与防护研究中的应用

综述了近年来表面增强拉曼光谱(SERS)在铁表面腐蚀与防护方面的应用和研究进展。作为一种能够在分子水平上提供物质结构信息的技术,SERS被广泛应用在金属特别是铁腐蚀与防护的研究中。文章主要从铁表面SERS增强理论模型、缓蚀剂在铁表面的吸附方式和铁电极上氧化或钝化膜的结构３个方面来展示SERS技术的应用,并展望了进一步研究的方向。     

溶液pH对羟基苯硫酚同分异构体脱羟基反应影响的SERS研究

金属纳米结构因表面等离激元(SPR)而产生光学增强和催化效应已成为表面科学研究热点之一。SPR和电化学联用可以诱导催化一些非常规反应,并且不同pH值电解质溶液可改变表面吸附分子的存在形式,影响SPR光催化反应。以羟基苯硫酚的同分异构体为探针,采用电化学表面增强拉曼光谱(SERS)研究了取代基羟基位置、溶液pH值等对其在银电极表面吸附和SPR催化反应行为。结果表明,不同羟基取代基位置的羟基苯硫酚SPR催化脱羟基反应对溶液pH值的敏感程度不同,邻羟基苯硫酚(OHTP)的C—O键谱峰强度的变化与溶液pH值相关,其O端更易与金属作用而吸附在表面,且随pH增大而增强。对羟基苯硫酚(PHTP)在碱性条件下被完全抑制的脱羟基反应在间羟基苯硫酚(MHTP)和OHTP中均可发生。MHTP在中性(pH 7)溶液中SPR催化脱羟基反应效率最高,约为酸性(pH 2)的1.36倍,碱性(pH 12)的2.70倍。OHTP在碱性(pH 12)溶液中SPR催化脱羟基反应效率最高,约为酸性(pH 2)的13.71倍,中性(pH 7)的4.95倍。SPR催化脱羟基主要源于非去质子化条件以及形成Ag—O键这两种途径。酸性条件下MHTP及OHTP的脱羟基反应主要是未去质子化的羟基反应,碱性条件主要因去质子化后形成Ag—O键所致。中性条件下,两种贡献同时发生。对MHTP而言,由于位阻效应仅部分分子去质子化后形成Ag—O键而促进SPR催化脱羟基,因此pH 7溶液中两种效应的同时作用导致催化效率最高。对于OHTP分子,去质子化状态的O端更易与电极表面发生作用,且pH升高羟基呈现的去质子化程度更加彻底,更有利于发生脱羟基反应,在pH 12溶液中脱羟基反应主要由于形成Ag—O键,其效率亦最高。同分异构体结构以及介质酸碱度对SPR催化脱羟基反应的研究对于拓宽SPR催化反应类型及从分子水平解析其机理具有重要意义。     

电化学体系中吸附在金电极表面吡啶的紫外拉曼光谱研究

观察到波长为325nm的紫外光激发下吸附在金电极表面的吡啶的表面增强拉曼光谱(SERS)。结合其SERS谱随电位的变化关系,分析了其中的增强机制并表明随电位的负移吡啶的吸附方式发生改变。     

电荷转移对纳米金属吸附分子拉曼光谱影响

在金,银纳米粒子表面修饰对巯基苯胺(PATP)分子,对其进行紫外及拉曼光谱性质表征。紫外吸收光谱显示修饰了单分子层的纳米粒子表面等离子体共振发生较大的红移,银粒子位移程度大于金粒子的。其拉曼散射增强效应研究表明,对巯基苯胺b2振动模式的极大增强是由电磁增强和化学增强效应共同决定的。金、银粒子上对巯基苯胺单分子层拉曼散射增强效应的差异主要来自金属与对巯基苯胺之间电荷转移能力的不同。     

基于纳米锥森林结构的表面增强拉曼散射透明器件研究

具有无损、超灵敏和实时检测优点的表面增强拉曼散射(SERS)器件具有重要研究意义。目前,针对SERS器件的大部分研究都围绕着非透明的器件展开。使用此类器件检测高浓度试剂时,激光只能从正面入射。这意味着入射激光需要穿透被测试剂分子层才能到达位于其下方的金属纳米结构表面,因此用于激发金属纳米结构表面等离子体共振(SPR)的激光能量被减弱,相应地,SERS光谱信号也被减弱;此外,SERS光谱信号因被测试剂分子层的遮挡,无法高效返回到电荷耦合元件(CCD)中,再次被大幅度减弱,甚至有可能完全无法被检测到。相比之下,如果使用透明SERS器件,检测过程中将被测试剂分子置于器件正面,激光从器件背面入射,此时高浓度被测试剂分子层对入射激光和SERS光谱信号的干扰最小。这种情况下,可以得到较好的光谱信号。通过在石英基底上旋涂聚酰亚胺(PI)层,然后通过氧等离子体对PI层进行无掩模轰击,在石英基底上自行生成纳米纤维掩模,配合反应离子刻蚀工艺(RIE)制备了石英纳米锥森林结构。之后,通过金属纳米颗粒溅射工艺,得到SERS透明器件。对于该SERS透明器件,在测试过程中,拉曼激光可从器件的正面以及背面分别入射。初步的测试结果表明,对于罗丹明6G(R6G)在10^-3~10^-6 mol·L^-1这一浓度范围内,背面入射方式收集的SERS光谱信号强度高于正面入射方式。另外,进一步研究了该SERS透明器件背面检测的一致性,得到了良好的结果,证明了其在实际生化检测中的可行性。这一工作有望扩展SERS在分析物检测领域中的应用。     

小牛胸腺DNA分子Langmuir-Blodgett复合膜的表面增强拉曼光谱研究

本文利用Langmuir-Blodgett(LB)技术将小牛胸腺DNA分子沉积在银基底上,测试并讨论了它的π-A等温曲线,原子力图及表面增强拉曼光谱(SERS)。通过利用LB技术,获得了DNA分子的LB复合膜的高质量的SERS。在DNA分子LB膜的表面增强拉曼光谱中,DNA的核糖和碱基腺嘌呤是吸附活性部位,它们的振动光谱得到增强。DNA的其它碱基和磷酸基团的拉曼光谱强度也明显的得到增强。分析认为DNA分子增强的拉曼光谱主要是由于LB膜的有序结构的贡献,使得SERS效应得到进一步的增强。因此利用LB技术是得到DNA的高质量SERS很好的方法。     

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...     

纯钛电极上的表面增强拉曼光谱研究

采用机械粗糙、电化学氧化还原、化学刻蚀等方法对纯钛电极表面进行粗糙,在钛基底上获得了表面增强拉曼光谱(SERS)信号。初步的实验结果表明,采用机械粗糙和电化学氧化还原方法能够获得具有一定粗糙度的电极表面,但是该表面并不具有SERS活性。而采用氢氟酸化学刻蚀方法能够获得具有SERS活性的表面,并且成功检测到吡啶分子的表面增强拉曼信号。实验尝试了在不同条件下进行刻蚀,对酸的刻蚀浓度、刻蚀时间、外接电位等影响因素作了研究,结果发现基底的SERS活性随氢氟酸浓度增大而出现最佳条件,即氢氟酸浓度0.33 Wt%,刻蚀时间为5 min时的拉曼信号最好。实验以0.01 mol·L-1吡啶为探针分子,0.1 mol·L-1 KCl为电解质,在开路电位下成功地观察了钛电极上的表面增强拉曼光谱。