负载金纳米颗粒的二氧化钛纳米结构的制备与基于SERS的应用

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自从1978年被首次发现以来,表面增强拉曼散射(SERS)被证明是一种灵敏度非常高的检测技术,尤其在可吸附有机分子的检测方面具有优势。经过过去几十年的发展,已有多种不同种类的SERS检测基底见诸报道。近年来有新的研究发现,在半导体纳米结构材料表面包覆贵金属纳米颗粒后能够产生极强的SERS效应。基于这点,在文本中我们将制备一种新型的基底,其构造是在TiO2纳米线/棒表面负载大量Au纳米颗粒。从SERS增强机制分析,这种结构将同时在物理机制(电场增强机制)和复杂的化学机制两方面都起作用,从而有惊人的拉曼增强倍数。  本文中的TiO2纳米线/棒是采用水热法制备。相比于其他常用制备手段,水热法的优势在于工艺简单,成本低廉,高产率并且无污染。我们一共制备出三类TiO2纳米结构:一是粉末状TiO2纳米线,二是钛箔基底上TiO2纳米线薄膜,三是FTO导电玻璃基底上的TiO2纳米棒薄膜。前两者是在强碱性水热条件下得到,第三类是在酸性水热环境中制备所得。水热法中,影响产物形貌的因素包括预处理方法,反应前驱物,碱/酸溶液的浓度,反应温度和时间,后处理措施(洗涤过程,退火热处理)等。经多次实验,成功得到制备以上三种纳米结构合适的工艺参数。在此基础上进行 Au纳米颗粒的负载研究,所用方法是先用APTES修饰纳米线表面,然后再加热条件下用柠檬酸三钠作为还原剂得到Au。  最后,使用不同浓度的R6G溶液作为探针,对几种不同的Au@TiO2纳米结构的基底进行染色然后进行SERS检测。实验结果发现:(1)这种在纳米二氧化钛表面包覆纳米金颗粒的结构确实能够将拉曼信号增强数个量级。(2)拉曼增强的倍数与基底表面的形貌有关。(3)在本文研究中得到最好的一个基底,可以检测到最低浓度为10-12mol/L的R6G溶液,可见其灵敏度非常高。
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