本文關(guān)鍵詞：金屬膜上納米顆粒和納米線體系中的表面增強(qiáng)拉曼散射研究

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【摘要】：表面等離極化激元指束縛在金屬-介質(zhì)界面上的電子集體振蕩與電磁波的耦合模式的元激發(fā)。金屬納米顆粒,因局域表面等離激元共振能產(chǎn)生巨大的電磁場增強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用。電磁場的重新分布,在金屬納米結(jié)構(gòu)-膜系統(tǒng)中,顯示極好的限制光的能力。這對于分子和二維材料的表面增強(qiáng)拉曼散射是很有意義的。本文借助于金屬納米顆粒-納米線結(jié)構(gòu)主要研究了單分子的表面增強(qiáng)拉曼散射,并通過表面增強(qiáng)拉曼散射光譜實(shí)驗(yàn)與有限元法理論計算相結(jié)合的方法討論了拉曼增強(qiáng)效應(yīng)和催化效應(yīng),及對基底的依賴性。表面增強(qiáng)拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)是指吸附在粗糙金屬表面的樣品,在合適的激發(fā)區(qū)域內(nèi),由于樣品表面或樣品近表面的電磁場增強(qiáng)而導(dǎo)致吸附分子的拉曼散射信號比普通拉曼散射信號大大增強(qiáng)的現(xiàn)象。增強(qiáng)拉曼能克服拉曼光譜靈敏度低的缺點(diǎn),常規(guī)拉曼不易得到的結(jié)構(gòu)信息,可以通過增強(qiáng)拉曼準(zhǔn)確地得到,在表面研究、界面吸附、生物分子的構(gòu)型與界面取向等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文中通過設(shè)計金屬納米線-納米顆粒在膜上的系統(tǒng),吸附在金屬表面的PATP(p-aminothiophenol)和4NBT分子的拉曼信號顯著增強(qiáng),增強(qiáng)因子達(dá)到102。表面等離激元能驅(qū)動金屬表面吸附分子的催化反應(yīng),大量實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明,PATP分子和4NBT分子在電磁場的作用下耦合生成p,p'-dimercaptoazobenzene(DMAB),通過表面增強(qiáng)拉曼散射光譜,其催化反應(yīng)的結(jié)果可以被表示出。對比分子在單顆粒和單根金屬納米線處的拉曼信號,在金屬納米線-納米顆粒相鄰處,電場增強(qiáng)和催化效果達(dá)到最佳,而且對接觸顆粒的形狀無依賴性。這種結(jié)果減小了此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用的局限性。針對拉曼增強(qiáng)和催化效果對于基底的依賴性的研究,選擇了不同的基底做對比試驗(yàn)。由于金屬膜和非金屬膜的表面粗糙度不同,我們預(yù)言不同的基底對相同拉曼分子的催化和增強(qiáng)有所不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,金屬基底相對于硅和二氧化硅基底的增強(qiáng)效果更顯著,而且金屬基底顯示了明顯地催化效果。
【關(guān)鍵詞】：表面等離激元 表面增強(qiáng)拉曼散射光譜 光催化反應(yīng) 有限元法
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.37
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-30
• 1.1 引言8-9
• 1.2 等離激元的概述9-13
• 1.2.1 表面等離激元的產(chǎn)生9-10
• 1.2.2 金屬的介電常數(shù)與等離激元10-11
• 1.2.3 表面等離激元的應(yīng)用11-12
• 1.2.4 表面等離激元電磁場增強(qiáng)作用的簡單介紹12-13
• 1.3 表面增強(qiáng)拉曼散射13-14
• 1.3.1 拉曼散射的基本原理13-14
• 1.3.2 表面增強(qiáng)拉曼散射14
• 1.4 表面等離激元驅(qū)動催化反應(yīng)14-15
• 1.5 電磁增強(qiáng)的計算方法15-16
• 1.5.1 Mie理論15-16
• 1.5.2 有限元法16
• 1.6 表面增強(qiáng)拉曼及表面等離激元驅(qū)動表面催化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀16-29
• 1.6.1 表面增強(qiáng)拉曼的研究現(xiàn)狀16-23
• 1.6.2 表面等離激元驅(qū)動表面催化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀23-29
• 1.7 本文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處29-30
• 1.7.1 本文研究的主要內(nèi)容29
• 1.7.2 本文的創(chuàng)新之處29-30
• 2 實(shí)驗(yàn)材料制備及表征技術(shù)30-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料制備30
• 2.1.1 Au納米顆粒、Au納米線的制備30
• 2.1.2 Au film的制備30
• 2.1.3 樣品的制備30
• 2.2 表征技術(shù)30-32
• 2.2.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡30-31
• 2.2.2 原子力顯微鏡31
• 2.2.3 拉曼光譜儀31-32
• 3 表面增強(qiáng)拉曼散射及表面催化反應(yīng)32-45
• 3.1 Au film上不同金屬體系的SERS和表面催化反應(yīng)34-44
• 3.1.1 Au film上的SERS研究34-35
• 3.1.2 Au film上單顆粒和單納米線體系的SERS和表面催化反應(yīng)35-37
• 3.1.3 Au film上納米顆粒-納米線體系的SERS和表面催化反應(yīng)37-44
• 3.2 本章總結(jié)44-45
• 4 不同基底對SERS的影響45-51
• 4.1 Au膜為基底的SERS研究45-46
• 4.2 Si片為基底的SERS研究46-48
• 4.3 不同基底SERS的對比48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 總結(jié)與展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 附錄58
• A.攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與獲獎情況58

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