α-Fe2O3-Ag核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備及SERS活性研究.pdf

1、核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料不僅保持了納米磁性粒子特殊的磁性能,還增強(qiáng)了粒子的生物相容性、熱學(xué)、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性等性能。因其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)前材料學(xué)一個(gè)越來(lái)越活躍的研究領(lǐng)域。α-Fe2O3納米粉體具有良好的磁性,催化性,氣敏性等性能,且制備工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,用貴金屬Ag包覆后,不僅增強(qiáng)了α-Fe2O3納米粉體的拉曼活性,還能增加其化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性等。目前關(guān)于這兩種顆粒的包覆研究較少,特別是其作為拉曼襯底的研究還未見報(bào)道。課題研究成

2、果具有較好的新穎性,并對(duì)其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的靶向給藥、檢測(cè)生物分子等方面有著很好的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本研究主要采用硅烷偶聯(lián)劑作為連接橋梁,制備α-Fe2O3/Ag核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒,并研究其SERS活性。⑴采用水熱法制備球形α-Fe2O3籽晶納米顆粒,加入聚乙二醇(PEG)作為分散劑。系統(tǒng)研究了Fe3+濃度,PEG含量等條件變化對(duì)α-Fe2O3納米顆粒的影響。以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)為改性劑,對(duì)α-Fe2O3籽晶納米

3、顆粒進(jìn)行表面改性,并分析了改性機(jī)理,進(jìn)一步通過紅外分析,驗(yàn)證α-Fe2O3納米粒子表面通過Fe-O-Si鍵包覆氨基硅烷分子。⑵采用籽晶法,以甲醛為還原劑,在Ag[(NH3)2]+溶液中制備α-Fe2O3/Ag核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒。研究了APS改性劑、醇水比、還原速度等條件對(duì)復(fù)合納米顆粒包覆效果及性能的影響。采用粒度測(cè)試儀,XRD、SEM、TEM和EDX對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試和表征,并分析了包覆顆粒的制備原理。⑶采用吡啶(Py)為探針,并對(duì)α-Fe2

4、O3/Ag核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒作為拉曼襯底的SERS活性和穩(wěn)定性進(jìn)行研究,計(jì)算它們的增強(qiáng)因子和穩(wěn)定性。
　　 通過大量實(shí)驗(yàn)及分析得出如下結(jié)論：①水熱法制備的α-Fe2O3籽晶為球形納米顆粒,分布均勻,粒徑大約在40nm左右。作為添加劑,PEG對(duì)α-Fe2O3顆粒的制備有一定的影響,當(dāng)PEG=0.5％時(shí),α-Fe2O3顆粒分散性有明顯提高,但對(duì)顆粒形貌影響不大。且當(dāng)Fe3+為0.5mol/L時(shí),有利于α-Fe2O3晶核成核；紅外分析表

5、明,APS通過共價(jià)鍵結(jié)合的方式連接到α-Fe2O3籽晶表面,并使其表面富含氨基,便于Ag的包覆。②當(dāng)APS=0.75wt％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),醇水比=5:1時(shí),α-Fe2O3/Ag核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的平均粒徑為60nm左右,顆粒包覆完整,分散均勻。通過控制AgNO3和α-Fe2O3摩爾比可以制備銀層可控的α-Fe2O3/Ag復(fù)合顆粒。當(dāng)AgNO3和α-Fe2O3摩爾比為1時(shí),制備的α-Fe2O3/Ag復(fù)合顆粒包覆完全且表面粗糙度較好。制備包覆顆

6、粒時(shí),甲醛濃度為3.7％,溫度控制在常溫下顆粒制備效果較好。③對(duì)比α-Fe2O3籽晶顆粒以及粗糙Ag膜作為拉曼襯底時(shí)Py的信號(hào)強(qiáng)度,可以得出α-Fe2O3/Ag包覆顆粒作為拉曼襯底時(shí)具有較強(qiáng)的拉曼信號(hào),通過增強(qiáng)因子計(jì)算公式可得Ef=9.8×105。當(dāng)AgNO3濃度為1mol/L時(shí),醇水比=5:1時(shí),α-Fe2O3/Ag顆粒在1010cm-1和1038cm-1處出現(xiàn)顯著了SERS增強(qiáng)。在空氣中放一段時(shí)間后仍能保持較好的增強(qiáng)效果,穩(wěn)定性好。