本文選題：Raman光譜 + 表面增強拉曼散射�。� 參考：《華中科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：拉曼(Raman)光譜不僅能夠提供目標分子的大量振動信息,而且不受水溶劑的影響。自從表面增強拉曼散射(SERS)效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,其應(yīng)用更加受到關(guān)注。由于基底材料在SERS技術(shù)中起到很關(guān)鍵的作用,新型基底材料的研究是SERS領(lǐng)域的研究重點之一。多數(shù)基底材料都涉及到金屬納米顆粒(NPs),它的存在可以顯著增強拉曼響應(yīng)。但是在這些SERS基底材料的使用過程中,由于金屬NPs的氧化或團聚,基底材料表現(xiàn)出較弱的穩(wěn)定性。與此同時,溶液中NPs的布朗運動導(dǎo)致這些基底的SERS信號重現(xiàn)性較差。在某些情況F,為了改善基底材料的穩(wěn)定性,常常在其制備過程中引入某些改性添加劑,而這些改性組分的存在對目標分子的Raman信號卻產(chǎn)生了顯著干擾。針對上述問題,本論文重點研究幾種微納米基底材料的SERS效應(yīng)。主要內(nèi)容包括以下幾個方面： (1)在第一章,首先綜述了Raman光譜和SERS現(xiàn)象的由來、基本原理和相關(guān)應(yīng)用：然后著重綜述了各種不同的SERS基底材料的制備和應(yīng)用；最后引出了本論文的選題和研究內(nèi)容。 (2)在第二章,為了改善SERS基底材料的穩(wěn)定性并消除改性組分可能產(chǎn)生的不良影響,提出了一種無需使用任何偶聯(lián)劑的微納米結(jié)構(gòu)的SERS基底材料制備方法。首先,在沒有添加任何偶聯(lián)劑的條件下,采用原位還原硝酸銀的方法,將Ag NPs固載于中空輕質(zhì)的玻璃微球(LoBs)表面上,制備得到一種微納米結(jié)構(gòu)SERS基底材料LoBs@Ag。這種基底能夠浮在溶液的表面,為直接在溶液中檢測目標分子提供一個非常方便的平臺。在LoBs@Ag基底材料中,Ag NPs被均勻固定在LoBs表面上,并且避免了偶聯(lián)劑的干擾,因此利用此基底材料可得到重現(xiàn)性良好且分辨率高的SERS圖譜。然后,采用SERS測量與密度泛函理論(DFT)計算相結(jié)合的手段,研究了結(jié)晶紫分子在LoBs@Ag基底上的SERS響應(yīng),發(fā)現(xiàn)LoBs@Ag基底產(chǎn)生了顯著的Raman增強效應(yīng),其增強因子高達6.9×108。還發(fā)現(xiàn)此基底對其它農(nóng)藥和生物分子也展現(xiàn)出良好的SERS效應(yīng)。因此,采用LoBs@Ag這種微納米結(jié)構(gòu)SERS基底,可以實現(xiàn)對痕量有機污染物或生物分子的快速和靈敏檢測。 (3)作為一種石墨烯的類似物,g-C3N4可作為SERS基底材料的優(yōu)良載體,甚至自身可能成為一種SERS基底材料。因此,在第三章,我們研究了超薄層g-C3N4納米片的Raman光譜性質(zhì)。首先利用三聚氰胺發(fā)生聚合反應(yīng)制備得到了塊狀的微米級g,C3N4；然后采用硫酸氧化插層剝離方法,制備了晶型良好的1、2、4層超薄層g,C3N4納米片。測得了超薄層g-C3N4納米片的Raman光譜,并觀察到了這些Raman光譜隨納米片原子層數(shù)的演變過程。采用Raman光譜和第一性原理計算相結(jié)合的手段,明確了超薄層g,C3N4光譜性質(zhì)與納米片原子層數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,通過考察g-C3N4的Raman振動模式研究了不同層數(shù)納米片的電子結(jié)構(gòu)變化。 (4)第四章考察了g,C3N4自身的SERS性能,并研究了其作為微米級載體增強納米Ag型SERS基底材料長期穩(wěn)定性的機制。首先采用第三章提到的聚合反應(yīng)制備得到了塊狀的微米級g,C3N4；然后采用自組裝的方法,制備得到了g-C3N4/Ag微納米結(jié)構(gòu)的SERS基底。結(jié)果表明：這種基底不僅能夠提供大量的熱點,而且可以通過g-C3N4與分析物分子間的π-π堆疊的相互作用來富集分析物,產(chǎn)生顯著的Raman增強效應(yīng)。特別是,由于g-C3N4與Ag NPs間的相互作用,Ag NPs被均勻地固定在g-C3N4片層的表面和邊緣上,這導(dǎo)致g-C3N4/Ag基底具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。這主要歸因于g-C3N4的電子供體效應(yīng),該解釋得到了密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果的支持。g-C3N4自身固有的Raman增強效應(yīng)也對基底材料總的SERS效應(yīng)產(chǎn)生貢獻。由于多重增強效應(yīng),g-C3N4/Ag基底展現(xiàn)了顯著的SERS效應(yīng),針對結(jié)晶紫探針分子,其增強因子達4.6×108。類似地,采用此基底材料,可實現(xiàn)染料、農(nóng)藥和生物分子的快速SERS測定。 (5)第五章總結(jié)了前面提到的幾種微納米結(jié)構(gòu)SERS基底的制備方法、SERS活性和基底的相關(guān)應(yīng)用,并對LoBs@Ag基底在實際性檢測方面的應(yīng)用、g-C3N4在電子器件和光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用進行了展望。
[Abstract]:Raman spectroscopy not only can provide large amount of vibration information of target molecule , but also is not influenced by water solvent . Since surface enhanced Raman scattering ( SERS ) effect has been discovered , its application is more concerned .

( 1 ) In chapter 1 , the origin , basic principle and related application of Raman spectra and SERS phenomena are reviewed firstly , then the preparation and application of various SERS substrate materials are summarized .
Finally , the thesis brings out the selection and research contents of this thesis .

( 2 ) In chapter 2 , in order to improve the stability of SERS substrate and eliminate the possible adverse effects of modified components , a SERS substrate material LoBs @ Ag is prepared by in - situ reduction of silver nitrate without any coupling agent .

( 3 ) As a kind of graphene analog , g - C3N4 can be used as an excellent carrier of SERS substrate material , and may even become a SERS substrate material . Therefore , in chapter 3 , we studied the Raman spectrum property of ultra - thin - layer g - C3N4 nanosheet . First , we made a block - shaped micron - scale g , C3N4 by using melamine polymerization reaction .
The Raman spectra of ultra - thin layers g - C3N4 nanosheets were prepared by the method of stripping with sulfuric acid . The Raman spectra of the ultra - thin layers g - C3N4 nanosheets were measured . The correlation between these Raman spectra and the number of nanosheets was observed .

( 4 ) The SERS performance of g 銆，

本文編號：1995681