银基纳米复合材料SERS基底的制备及其对有机染料分子检测的研究

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环境中有毒、有害物质的快速灵敏检测对于保障生命健康,维护生态安全具有重要的现实意义。结晶紫(CV)、孔雀石绿(MG)、罗丹明6G(R6G)、亚甲基蓝(MB)等都是芳香染料分子,具有高致癌性、高毒性、高残留性和致畸性等缺点,因此检测环境中这类芳香类染料分子变得至关重要。表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有高灵敏性、高选择性和对检测样品无苛刻性要求的优点,已广泛应用于环境中检测污染物分子。在SERS研究中如何制备高效的增强基底是主要的研究方向。因此,本论文中我们以SERS为检测手段,制备了三种不同的SERS基底用于环境中高灵敏检测染料分子。主要研究内容如下:工作一:利用简单的湿化学法制备多刺状的金@银和银@金@银纳米结构作为高活性的SERS基底。使用不同形貌的银纳米结构(纳米球、纳米棒和纳米片)作为前躯体合成多刺状金@银和银@金@银纳米结构,即合成具有不同刺状表面的两种纳米材料。这些刺状结构在可见光区域具有较宽较强的吸收峰且具有较高的SERS活性。我们用CV作为探针分子,各种不同形貌的刺状银@金@银复合物比相应的金@银结构所得SERS信号大大提高。在这些纳米材料中,刺状的银@金@银纳米球具有最强的增强活性。并且该合成方法具有成本低廉、操作简单和产率高等优点,所得产物在其他领域可具有很好的应用前景。工作二:制备了一种新型的SERS活性纳米材料,即在还原石墨烯-银(rGO-Ag)复合物表面包裹上一层薄薄的聚多巴胺(PDA)作为高效的SERS基底用于染料分子的检测。在制得的还原石墨烯-银@多巴胺(rGO-Ag@PDA)复合物中,rGO-Ag是通过还原柠檬酸钠一步法制得而包裹的聚多巴胺是通过多巴胺自聚集所得到。由于包裹了一层聚多巴胺分子,使得所合成的rGO-Ag@PDA复合物对染料分子具有更强的吸附能力,因此比rGO-Ag所得到的SERS信号更强。制备的rGO-Ag@PDA复合物作为SERS基底实现了对CV、MG和MB染料分子的高灵敏检测。此外,该复合物基底相比rGO-Ag具有较高的稳定性和再循环使用能力。工作三:在一种三维大孔基底上生长银纳米片作为SERS基底实现了对小分子的检测。以三聚氰胺泡沫碳化后得到的三维大孔碳为骨架,生长聚苯胺作为还原剂,加入丁二酸控制银片的生长形貌,得到负载在三维大孔骨架上纵横交错的银纳米片(AgNSs),简称AgNSs@PANI/3D-CF杂化物。引入丁二酸,控制银片生长时间是制得纵横交错的银纳米片结构的关键因素。由于该材料具有比表面积大的优点对染料分子的吸附能力较高,且在其表面生长上纵横交错的银纳米片为该基底材料提供大量的“热点”,有效提高其SERS增强活性。AgNSs@PANI/3D-CF作为SERS基底对4-巯基苯甲酸(4-MBA)、尼罗蓝(NB)和MB等染料分子具有高灵敏检测。以NB作为探针分子也可实现对实际水样的检测。AgNSs@PANI/3D-CF因具有其独特的结构、高的拉曼增强性能和良好的重现性,在环境监测和光学传感等其它领域具有好的应用前景。
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