石墨烯及纳米银/石墨烯复合(超)薄膜的制备及拉曼增强性能研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:shuishui06
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由于具有独特的纳米结构以及优异的电学、光学、力学性能、优异的化学稳定性和极大的比表面积,石墨烯及石墨烯基复合材料在传感器、光催化剂、超级电容器、新能源电池等诸多领域有着广泛的应用。近年来,表面拉曼增强性能(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)成为石墨烯及石墨烯基复合材料一个重要的研究方向,在司法鉴定、食品安全、化学分析、医学诊断等领域表现出重要的潜在应用价值。本论文以制备高性能SERS基底材料为目的,采用真空抽滤法、提拉法制备石墨烯(超)薄膜及纳米银/石墨烯复合(超)薄膜,研究薄膜的形成机理及工艺影响因素,探索薄膜微观结构与其透光性、导电性,尤其是SERS性能之间的关系,获得纳米银/石墨烯基高性能SERS基底材料的最佳制备工艺,为此类材料在拉曼探测领域的实际应用奠定基础。论文采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,并以此为原料,分别采用真空抽滤法和提拉法制备石墨烯(超)薄膜,并利用氧化石墨烯带有丰富的极性基团的特点,将纳米银粒子镶嵌在氧化石墨烯片层,得到纳米银/石墨烯复合(超)薄膜,详细考察了还原工艺对薄膜结构和性能的影响,结果发现:真空抽滤法可以获得尺寸可控,独立支撑的石墨烯薄膜,化学还原结合热处理还原得到的薄膜结构规整度好,还原程度高,导电性优异,但是SERS性能不明显;真空抽滤法制备的纳米银/石墨烯薄膜,纳米银粒子在石墨烯片层间以及薄膜表面均匀分布,该薄膜对罗丹明6G、结晶紫和大肠杆菌均表现出优异的拉曼增强性能,对浓度为10-5mol L-1的罗丹明6G的拉曼增强因子达到2.1×106;利用氧化石墨烯极大的比较面积和强的吸附能力,采用提拉法可以制备厚度可控的石墨烯超薄膜,550nm处的透光率近90%,热处理还原温度为900℃时得到的薄膜表面平整、缺陷少,表面电阻达到40kΩ□-1,同时对罗丹明6G表现出拉曼增强性能,但由于只存在化学增强,效果不明显;通过制备带正电荷的纳米银溶胶,采用提拉法制备纳米银/石墨烯复合超薄膜,由于薄膜厚度的下降和纳米银的表面等离子共振效应,复合薄膜的拉曼增强性能明显增强,对浓度为10-5mol L-1的罗丹明6G的拉曼增强因子达到9.1×106,探测极限浓度达到10-11mol L-1同时对大肠杆菌表现出优异的拉曼增强性能;利用提拉法在复合薄膜外层覆盖一层石墨烯,不仅对内层纳米银粒子起到保护作用,而且其拉曼增强性能得到显著提高,对浓度为10-5mol L-1的罗丹明6G,其拉曼增强因子达到1.3×107,储存6个月后增强因子依然达到1.2×107,表现出优异的性能稳定性,并采用化学增强和电磁增强理论对性能提高的原因进行了探讨。
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