表面增强拉曼散射强度与基底是不是非晶体

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贵金属纳米结构组装及其表面增强拉曼散射应用研究获进展
来源:合肥物质科学研究院&&
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  (a)银纳米片组装的纳米管阵列的扫描电镜(SEM)照片;(b)折断的纳米管的SEM照片;(c)不同浓度R6G的SERS光谱;(d) 20&M多氯联苯-77 (PCB-77)和10&M多氯联苯-1 (PCB-1)的混合物溶液(曲线I) 以及30&M的 PCB-1溶液(曲线II)的SERS光谱。
  近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员孟国文课题组和美国西弗吉尼亚大学教授吴年强研究小组合作,在贵金属纳米结构组装及其表面增强拉曼散射(SERS)应用研究方面取得新进展,相关结果以封面论文发表在《纳米研究》(Nano Res. 7-966)上。
  由于电磁增强作用,位于贵金属纳米结构表面的分子拉曼信号会得到数量级的增强,从而产生表面增强拉曼散射效应。表面增强拉曼散射技术具有分子&指纹&识别能力,在化学和生物分析等领域拥有广泛的应用前景。贵金属纳米结构表面具有大幅度增强局域电磁场的位置(一般位于&10nm的间隙处)称为表面增强拉曼散射&热点&,是表面增强拉曼散射信号的主要来源。
  因此,在三维空间内增加&热点&的密集度将有效提高表面增强拉曼散射灵敏度。目前,构筑三维SERS基底的主要方式是将球形贵金属颗粒组装到非金属纳米结构阵列上。相关理论和实验研究表明,与球形贵金属纳米颗粒相比,带有棱角或尖端的贵金属纳米结构能够产生更强的局域电磁场,因而其组装体在间隙处更易产生&热点&。如果将这些纳米结构组装成三维SERS基底,有望得到高灵敏度SERS基底。
  该研究团队以ZnO纳米锥阵列作为牺牲模板,使用含有贵金属离子和特定表面活性剂的电解液,采用电沉积方法构筑多种贵金属纳米结构单元组装的纳米管阵列,例如由银纳米片、金纳米棒、铂纳米刺和钯纳米锥等结构单元组装的纳米管阵列。
  这些纳米结构单元具有显著的棱角和/或尖端;由其组装的纳米管阵列具有大量间隙,在三维空间内产生高密度的&热点&。因此所构筑的纳米管阵列具有很高的表面增强拉曼散射灵敏度。例如,银纳米片组装的纳米管阵列能够灵敏地检测浓度低至10fM的罗丹明6G (R6G)。这种银纳米片组装的三维SERS基底对高毒性有机污染物多氯联苯也表现出高表面增强拉曼散射灵敏度,并能够检测两种多氯联苯的混合物,表明该三维SERS基底在检测环境中高毒性有机污染物方面具有应用前景。
  相关工作得到科技部&973&计划、&中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划&和国家自然科学基金等项目的支持。
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基于半导体的表面增强拉曼散射在分析中的应用
【摘要】:基于半导体的SERS研究具有重要的理论和实际意义,然而其较弱的增强贡献极大的限制了它在实际分析检测中的应用。在研究工作中,利用半导体材料自身的催化性质,采用监测SERS信号衰减的方法来实现定量分析。该实验以茜素红(ARS)修饰的胶体TiO_2纳米粒子复合物为例,对其在Cr(Ⅵ)检测方面的应用进行了初步探索。该实验中涉及的工作不仅为水体中Cr(Ⅵ)的检测提供了简单快捷的检测方法,同时也为基于半导体的SERS光谱找到了可行的应用。
【作者单位】:
【关键词】:
【基金】:
【分类号】:O657.37【正文快照】:
半导体材料具有良好的化学稳定性,生物相容性及卓越 进展相比,其较弱的增强贡献极大的限制了它在实际分析检的光电性质。近年来,半导体材料逐步发展成为新型的 测中的应用。据报道,半导体纳米结构也具备电磁场增强贡SERS增强基底。基于半导体的SERS研究具有重要的理论 献,但大
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偶合纳米金属溶胶的表面增强拉曼散射活性研究和新型SERS基底的制备.pdf 51页
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华东师范大学
硕士学位论文
偶合纳米金属溶胶的表面增强拉曼散射活性研究和新型SERS基
姓名:黄云霞
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:杨晓华;方靖淮
EnhancedRaman
表面增强拉曼散射(Surface
光学现象,可以将吸附分予的拉曼信号放大百万倍。近年来,由于表面增强拉曼
光谱具有较高的灵敏度,能检测吸附在金属表面的单分子层和亚单分子层的分
子,并能给出丰富的表面分子结构信息,已经被广泛应用于化学、生物、表面科
学以及定性和定量分析等科学和技术领域,而且随着研究的深入,更逐渐发展为
新兴的单分子科学研究手段之一。
合适的基底是获得良好的表面增强效果的前提。金属溶胶以其成本低廉、制
各简单、增强效果好而被广泛使用。基于溶胶的聚集效应对表面增强拉曼散射活
性有明显增强的事实,本文着重研究了银、金混合纳米溶胶体系中的SERS效应。
结果表明,碱性品红引起的银溶胶颗粒聚集具有团状堆积的特点,而合溶胶颗粒
聚集具有网状连接的特点。在混合溶胶聚集过程中,这两种聚集作用相互影响导
致了与单独银胶和金胶不同的聚集形态,可以有效的增强其拉曼散射活性。我们
通过改变混合胶体中的金银的相对比例以及金、银溶胶和吸附分子的混合顺序来
优化调节混合胶体体系的颗粒聚合形态,从而有效的提高表面增强拉曼信号的强
同时,本文探索了一种新型的SERS活性基底的常I各方法,通过对全息干板
进行曝光、显影和定影,获得了一种具有良好的表面增强拉曼散射活性的全息干
板银膜。用紫外一可见光谱和扫描电子显微镜对银膜的形貌进行了表征,以结晶
紫为探针分子研究了其拉曼散射活性。结果表明,经过制备后的全息干板银膜上
均匀分布着粒径均~的银粒子,该银膜具有较强的表面增强拉曼散射活性,且具
有使用方便、稳定性好、可重复性高等优点。另外,本文还研究了曝光和显影条
件对全息干板银膜形成的影响,发现全息干板经过充分曝光和显影后,具有稳定
的SERS活性,且通过对曝光条件和显影条件的调控,可以获得适合需要的具有
特定粒子密度和粒径的银粒子膜。
关键词:表面增强拉曼散射,紫外一可见光谱,全息干板银膜,结晶紫
Surface·enhanced
scattering(SERS)is
for Ralrtarl ofthemoleculesadsorbedon
phenomenon
somemetalsurface
Callbeenhmacedthefactorofseveral
themolecules
highsensitivity
adsorbedonthe
spectroscopy
surfaceofthemetalsinsub-madmonomolecutar
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表面增强拉曼散射活性基底的研究与制作
拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术。它的信号来源于分子振动和转动能级的跃迁,在生物医学、电化学分析、环境科学和食品安全等传感检测领域具有广泛的应用前景。通常情况下分子的拉曼散射光谱强度非常微弱,表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)可引入特定的增强效应,极大地提高拉曼散射光谱的强度。本文通过优化设计金属纳米结构的尺寸、形貌和排列,对表面等离子体激元(surface plasma polaritons,SPPs)局域电磁场增强特性进行了深入的分析,并由仿真分析结果指导实验研究,制备了高灵敏度SERS活性基底,研究了其在SERS传感检测领域中的应用。  本论文的主要研究工作在以下几个方面展开:  (1)利用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)算法模拟计算了蝴蝶结纳米粒子阵列和蝴蝶结纳米环阵列的光学特性。在尖端效应和复合纳米结构的表面等离子体耦合效应的共同作用下,设计的蝴蝶结纳米环阵列兼备金属纳米尖端和金属纳米壳的特性,使得此结构既具有高度局域的增强电磁场又具有较大的电场增强区域面积。通过改变结构参数,我们在蝴蝶结纳米环阵列上获得了最大值为5.4×108的SERS电磁增强因子(electromagnetic enhancementfactor,EMEF)。这种灵敏度高、可重复性好的蝴蝶结纳米环阵列SERS活性基底对SERS传感检测技术的广泛应用具有极其重要的影响,在分析科学领域具有深远的发展前景。  (2)利用FDTD算法设计了一种由金纳米粒子阵列和纳米孔阵列组成的复合纳米结构,通过反射光谱研究了其光学特性,获得了由传播表面等离子体、局域表面等离子体及其耦合模式组成的多重表面等离子体共振模式。这些SPPs共振模式可在同一空间位置提供多个波长处的电磁场增强效应,故该复合纳米结构可用作高灵敏度表面增强相干反斯托克斯拉曼散射(surface-enhanced coherentanti-stokes Raman scattering,SECARS)活性基底或其它基于多波长的表面等离子体增强生物传感光谱。  (3)利用全息曝光技术实现了大面积均匀可控SERS活性基底的制备,从理论预测和实验制作两个角度上研究了该制备方法所能制作金属纳米结构的形貌和尺寸,然后制备了高灵敏度的菱形纳米粒子阵列SERS活性基底,利用透射光谱、拉曼光谱测试和FDTD仿真计算分析研究了菱形纳米粒子阵列的光学特性及提供极大SERS增强因子的物理本质,并通过计算化学方法对所测试SERS光谱中各拉曼频移所对应的振动模式进行了归属。  (4)利用基于物理气相沉积的倾斜生长技术获得了一种更加简捷的大面积SERS活性基底制备方法,制备了不同结构参数的金属纳米粒子阵列,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和反射光谱测试表征了这些阵列的结构参数和光学特性,并从理论上分析了相应的物理内涵。  
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