Ag-SiO2-Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其光學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、由于金屬特有的等離子體光學(xué)特性在光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光子學(xué)等方面廣泛的使用，基于金屬納米顆粒和納米結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)性研究一直是國際研究的熱點(diǎn)之一。納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性對于其材料組分和幾何結(jié)構(gòu)非常敏感，各種形狀、材料復(fù)雜多變的納米顆粒極大地拓展了其在表面等離激元傳感、增強(qiáng)拉曼活性基底、納米尺度光波導(dǎo)方面的應(yīng)用。隨著“等離激元雜化”新概念的提出及拉曼應(yīng)用的推廣，研究者們對金納米殼的局域表面等離基元共振(LSPR)光學(xué)特性與表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)

2、效應(yīng)的研究興趣日盛。本論文的任務(wù)旨在采用種子生長法，用還原劑介導(dǎo)Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的生長，并實(shí)驗(yàn)觀察了其生長影響因素及LSPR吸收峰的遷移變化。同時(shí)，本文還研究了Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)作為溶液型基底的SERS效應(yīng)，并且進(jìn)一步研究了其LSPR性質(zhì)與SERS效應(yīng)間的聯(lián)系。
　　 具體工作內(nèi)容如下:
　　 (1)制備了Ag/SiO2與Ag/SiO2/AuNPs納米復(fù)合顆粒。首先利用檸檬酸三鈉還原硝酸

3、銀制備了銀納米顆粒(AgNPs)，然后通過堿性的水-乙醇混合溶液水解正硅酸乙酯(TEOS)在AgNPs上沉積SiO2，制備出以Ag為核，SiO2為殼的納米顆粒(Ag/SiO2)。接著采用白組裝的方法，金納米顆粒(AuNPs)通過靜電作用吸附到3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修飾過的Ag/SiO2顆粒表面，形成了Ag/SiO2/AuNPs納米復(fù)合顆粒。實(shí)驗(yàn)中通過紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(UV-Vis-NIR)、透射電鏡(TEM)和

4、掃描電鏡(SEM)對納米顆粒的光譜及形貌表征發(fā)現(xiàn):Ag/SiO2/AuNPs納米復(fù)合顆粒尺寸均一，且穩(wěn)定性較好，為接下來Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。
　　 (2)用還原劑介導(dǎo)了Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的生長制備，并對其LSPR性質(zhì)做了研究。以Ag/SiO2/AuNPs納米復(fù)合顆粒作為前體，通過還原劑（鹽酸羥胺、甲醛、過氧化氫）將AuCl4-還原生成的Au0沉積在其表面的AuNPs晶核上，使

5、得Ag/SiOJAuNPs表面的AuNPs逐漸長大并聯(lián)接成片，隨著表面金覆蓋面積的逐漸增加，最終形成完整的Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合多層結(jié)構(gòu)。通過對Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的形貌和LSPR光譜特性進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn):還原劑的選擇以鹽酸羥胺為優(yōu);在一定范圍內(nèi)，隨著還原劑鹽酸羥胺濃度的升高、Ag/SiO2/AuNPs納米復(fù)合顆粒數(shù)的減少及K2CO3-HAuCl4(K-H)生長液量的增多，Ag/SiO2/Au納米殼外層的金殼不斷長大、

6、長全，直至形成完整的Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合多層結(jié)構(gòu)，其LSPR吸收峰也隨之發(fā)生紅移。實(shí)驗(yàn)表明Ag/SiO2/Au納米殼的制備具有良好的可控性，其LSPR光學(xué)特性具有結(jié)構(gòu)可調(diào)性。
　　 (3)對Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的SERS效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。鹽酸羥胺介導(dǎo)生長的Ag/SiO2/Au納米殼復(fù)合多層結(jié)構(gòu)作為一種溶液型SERS基底，表現(xiàn)出了較好的增強(qiáng)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了其SERS活性與LSPR特性之間的聯(lián)系。在A

7、g/SiO2/Au納米殼復(fù)合結(jié)構(gòu)中，由SiO2電介質(zhì)層隔離的中心AgNPs內(nèi)核與外層金殼發(fā)生表面等離子之間的耦合，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場及特異性的LSPR光譜。其LSPR吸收峰隨著不同生長階段外層金殼的變化而變化，其相應(yīng)SERS活性也隨之發(fā)生變化。在Ag/SiO2/Au納米殼的生長前中期，其SERS活性隨著LSPR吸收峰的紅移而升高;而在Ag/SiO2/Au納米殼的生長后期，其表面裂縫逐漸被填滿，其SERS活性反而會(huì)隨著LSPR吸收峰的紅移而