表面增強(qiáng)光譜分析用金屬納米薄膜的研制和應(yīng)用.pdf

1、金屬納米薄膜具有特殊的光學(xué)性質(zhì),使吸附在其表面上的分子的紅外吸收得以增強(qiáng),產(chǎn)生所謂的表面增強(qiáng)紅外吸收(SEIRA)效應(yīng)?；诖诵?yīng)的表面增強(qiáng)紅外吸收光譜(SEIRAS)是一種從分子水平上進(jìn)行表面和界面分析的重要研究手段。它不僅可應(yīng)用于周圍環(huán)境中固一氣界面的表面痕量分析,也可應(yīng)用于電化學(xué)現(xiàn)場(chǎng)條件下固.液界面的吸附和反應(yīng)研究。
　　 表面增強(qiáng)紅外光譜(SEIRAS)和表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)是互補(bǔ)的姊妹光譜技術(shù),利用兩種光譜技術(shù)

2、相結(jié)合可以獲得更全面、完整的表面信息,銀是應(yīng)用在SEIRAS和SERS分析中最重要的金屬之一,如何通過(guò)簡(jiǎn)單的方法快速、經(jīng)濟(jì)地在便宜的光學(xué)窗口上制備SEIRAS和SERS通用的銀基底對(duì)于將銀基底用于固-氣界面的快速分析至關(guān)重要。本論文第一部分主要探索合理的化學(xué)沉積條件在Si片上構(gòu)建用于SEIRAS和SERS常規(guī)分析用Ag納米膜。甲醇在Pt電極上的氧化是電催化研究的重要體系,需要若干鄰近Pt原子的配合才得以進(jìn)行,本論文工作的第二部分內(nèi)容通過(guò)

3、在Pt電極修飾強(qiáng)吸附的CN-,限制自由Pt原子數(shù),并利用ATR-SEIRAS來(lái)研究該種修飾對(duì)Pt電氧化甲醇行為和機(jī)理的可能影響。金屬納米顆粒的形狀、尺寸決定了薄膜的SEIRA效應(yīng)。本論文第三部分初步研究了控制合成并組裝不同尺寸、形狀的金納米顆粒,為其在SEIRAS進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。最后,本文還利用金屬納米粒子表面自組裝和晶種生長(zhǎng)法構(gòu)建微流控分析用管道內(nèi)壁金屬層。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 1.利用一種快捷、經(jīng)濟(jì)的

4、方法將銀納米粒子沉積在Si片表面從而構(gòu)建AgNP/Si(AgNP為Agnanoparticle的縮寫(xiě))基底作為表面增強(qiáng)紅外光譜(SEIRAS)和表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)表面痕量分析的模板。此法是將預(yù)處理Si片短時(shí)間浸泡在硝酸銀和氟化氫混合溶液中,沉積Ag到Si表面的一種方法。通過(guò)試驗(yàn)不同濃度組合的AgNO3和HF混合溶液確定制備SEIRAS活性基底(AgNP/Si)的合適條件,并用對(duì)硝基苯甲酸(PNBA)作為探針?lè)肿?估計(jì)出表面紅外

5、增強(qiáng)因子可達(dá)600。同時(shí)利用該法所制備的AgNP/Si模板應(yīng)用于SERS探針?lè)肿予F原卟啉,獲得了高質(zhì)量的SERS圖譜,同時(shí)利用優(yōu)化條件下制備的基底,采用對(duì)巰基苯甲酸(PMBA)為探針?lè)肿舆M(jìn)行SEIRAS和SERS檢測(cè),進(jìn)一步表明該模板是既適用于SEIRAS又適用于SERS分析的基底。本方法有望拓展到其他金屬如Au和Cu基底的制備。
　　 2.通過(guò)利用CN-修飾類單晶Pt納米薄膜電極,利用CN-限制某些反應(yīng)位,并利用現(xiàn)場(chǎng)ATR-S

6、EIRAS技術(shù)研究甲醇在CN-修飾的具有Pt(111)優(yōu)先取向的薄膜電極上電氧化過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,甲醇在Pt上電氧化中間產(chǎn)物和Pt上的反應(yīng)位分布有關(guān)。CN-的修飾極大抑制了甲醇的電氧化,但是并未改變所謂的雙路徑機(jī)理,即經(jīng)由CO的間接路徑和經(jīng)由甲酸根的直接路徑,間接路徑的存在。
　　 3.對(duì)棒狀金納米粒子的合成以及組裝進(jìn)行了初探。利用NaBH4還原HAuCl4得到小尺寸Au納米粒子作為種子,在含CTAB溶液中種子生長(zhǎng)棒狀納米粒子