金納米花的可控制備、光學(xué)性質(zhì)及表面增強(qiáng)拉曼應(yīng)用研究.pdf

1、納米尺度的金屬，如銀、金或銅，由于其獨(dú)特的表面等離子體共振(LSPR)性質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的光學(xué)特性，使其廣泛應(yīng)用于光子學(xué)、電子學(xué)、傳感及許多生物醫(yī)藥領(lǐng)域。金屬納米粒子的光學(xué)、電學(xué)和催化等性能，強(qiáng)烈依賴于納米粒子的尺寸、形貌等性質(zhì)，以及金屬自身及周圍介質(zhì)的介電特性。已經(jīng)證明，尖銳邊緣和枝角的存在使納米粒子對(duì)局域電介質(zhì)環(huán)境的改變更加敏感，還會(huì)極大地增強(qiáng)周圍電場(chǎng)強(qiáng)度，因此枝角狀納米結(jié)構(gòu)，如金納米星、金納米花等可以更好地應(yīng)用于超靈敏傳感（如LSPR傳

2、感）、表面增強(qiáng)拉曼(SERS)等。濕化學(xué)方法由于其多樣性，在金屬納米結(jié)構(gòu)的可控制備中備受歡迎，通過改變反應(yīng)體系中的某些參數(shù)，可以調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的最終尺寸及形貌。最近，很多小組都報(bào)道了分枝狀金納米結(jié)構(gòu)的合成方法，從合成原理來(lái)看，主要有兩種方法:一步合成法和種子介導(dǎo)生長(zhǎng)法。本論文分別利用這兩種合成方法，制備不同形貌尺寸的復(fù)雜三維花狀金納米結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱金納米花），并對(duì)兩種方法的優(yōu)劣進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)表面粗糙度可控的金納米花的制備。然后分別通過實(shí)驗(yàn)與理

3、論模擬的方法，對(duì)其SERS特性進(jìn)行研究，證明枝角狀金納米結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)表面局域電磁場(chǎng)的優(yōu)異性能，因而具有更廣的應(yīng)用前景。最后，研究了金納米花的SERS應(yīng)用，一方面通過靜電自組裝法制備SERS固態(tài)基底，實(shí)現(xiàn)分子的微量檢測(cè);另一方面構(gòu)筑了一種BSA-cappedNBA@GNFsSERS探針，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞成像應(yīng)用。
　　 具體工作內(nèi)容如下:
　　 1.單分散性良好的表面粗糙度可控的金納米花的可控制備
　　 在金納米花的一步合成

4、法中，HEPES同時(shí)作為還原劑和形貌誘導(dǎo)劑。HAuCl4/HEPES濃度比、反應(yīng)溫度和溶液pH，均可影響產(chǎn)物最終的尺寸形貌。該法對(duì)微小的合成條件的改變很敏感，很難控制晶核的形成，因而產(chǎn)物的尺寸形貌可控性較差，并且生成的粒子單分散性較差。在金納米花的種子合成法中，HEPES僅作為形貌誘導(dǎo)劑，而由NH2OH作為還原劑，使預(yù)先合成的金種子繼續(xù)生長(zhǎng)成為金納米花。NH2OH是一種較強(qiáng)的表面催化還原劑，被還原的Au3+全部用于金種子的各向異性生長(zhǎng)，

5、整個(gè)過程中沒有額外的晶核產(chǎn)生，故極大地改善了產(chǎn)物的單分散性。另外，生長(zhǎng)液中HAuCl4/NH2OH濃度比一定時(shí)，種子的原始尺寸可決定最終產(chǎn)物的尺寸，而HEPES的濃度可以對(duì)金納米花表面枝角的數(shù)量和長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)形貌的可控性。
　　 2.分別用實(shí)驗(yàn)與模擬的方法研究金納米花的SERS特性
　　 根據(jù)理論研究，枝角的形貌會(huì)影響金納米結(jié)構(gòu)的LSPR峰以及SERS效應(yīng)，由不同HEPES濃度合成的具有不同表面形貌的金納米花（簡(jiǎn)稱

6、金納米花系列）必定具有不同的SERS效應(yīng)。通過對(duì)尼羅蘭A(NBA)分子的SERS光譜進(jìn)行比較，計(jì)算出金納米花系列的增強(qiáng)因子(EF)，實(shí)驗(yàn)證明，枝角越明顯、越豐富、越尖銳，金納米花的SERS效應(yīng)越強(qiáng)。特別地，金納米花的SERS效應(yīng)比相同尺寸表面光滑的金納米球SERS效應(yīng)強(qiáng)10倍之多。本文利用計(jì)算機(jī)模擬的方法，從理論的角度進(jìn)一步研究了枝角形貌與SERS效應(yīng)之間的關(guān)系，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　 3.金納米花的SERS應(yīng)用
　　

7、 利用種子介導(dǎo)生長(zhǎng)法合成的金納米花具有良好的單分散性，其表面豐富的枝角極大地增強(qiáng)了納米粒子表面的粗糙度，極大地增強(qiáng)了其SERS效應(yīng)，具有廣闊的SERS應(yīng)用前景。一方面利用靜電自組裝的方面將金納米花粒子吸附在經(jīng)氨基化處理的ITO玻璃表面，低成本、簡(jiǎn)單快捷地制備均勻、可重現(xiàn)、穩(wěn)定的SERS固態(tài)活性基底，其對(duì)尼羅蘭A(NBA)分子的檢測(cè)限達(dá)到10-10M，固態(tài)基底可以方便地應(yīng)用于分子的微量檢測(cè);另一方面在修飾有尼羅蘭A(NBA)分子的花狀金