贵金属@SiO2核壳结构纳米粒子的制备及其增强荧光和SERS的研究

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贵金属纳米粒子因为其特有的表面等离子共振(SPR),在光催化、金属增强荧光(MEF)、表面增强拉曼散射(SERS)等方面展现出优异的性能。研究表明,具有不同类型壳的贵金属纳米粒子可以赋予贵金属纳米粒子特定的性质,比如催化、磁性等,因此可以拓宽其应用。其中,SiO2壳因为具有高比表面积、良好的生物相容性、可调节的孔隙率、光学透明等优点被广泛地作为核壳结构纳米材料的研究对象。此外,贵金属@SiO2核壳结构纳米粒子基于MEF和SERS的传感器在食品与环境检测、生物传感与成像、医学诊断等方面的研究已有了重大进展。关于MEF和SERS性能也有大量的报道,但是到目前为止关于对同种分子MEF和SERS同时增强方面的研究却不多。因此,本论文主要研究了Ag@SiO2和Au/Ag@SiO2对结晶紫(CV)的MEF和SERS同时增强。该研究为设计贵金属@SiO2核壳结构纳米粒子传感器提供了重要的数据支持。本论文采用了简便的“一锅”法合成Ag@SiO2和Au/Ag@SiO2核壳结构纳米粒子。首先采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、X-射线粉末衍射仪等手段对制备的样品进行分析,得到纳米粒子的形貌、组成和晶体结构等信息。然后通过调控实验参数实现对Ag@SiO2和Au/Ag@SiO2的可控合成,最后探究了其对CV的MEF和SERS增强,并和课题组之前合成的Au@SiO2的MEF和SERS增强进行对比。本论文两部分的主要内容如下:(1)制备了具有不同SiO2壳层厚度的Ag@SiO2核壳结构纳米粒子,研究它们对CV的MEF和SERS增强。Ag@SiO2核壳结构纳米粒子是通过以甲醛、十六烷基三甲基氯化铵分别作为还原剂和表面活性剂的“一锅”法合成的。研究发现,可以通过控制正硅酸乙酯(TEOS)的加入量将壳厚度在9-46 nm范围内调节观察到Ag@SiO2核壳纳米粒子的SPR吸收峰随着壳厚度的增加有一个从红移到蓝移的过程。研究发现当壳厚度为20 nm左右时,MEF和SERS同时表现出较好的增强效果。(2)同样通过“一锅”法合成Au/Ag@SiO2核壳结构纳米粒子,并系统地研究了Au/Ag核组分的差异对CV的MEF和SERS增强效果的影响。首先在甲醛的作用下将氯金酸和硝酸银还原形成Au/Ag纳米粒子,然后通过TEOS水解将其表面包覆上了SiO2壳。而Au/Ag@SiO2核壳结构纳米粒子中核组分的不同是通过调节金银前驱体的摩尔比来实现,从而达到控制SPR峰位置的目的。对比Au@SiO2和Au/Ag@SiO2对CV的MEF和SERS,结果表明,当银在Au/Ag核中占比越高,Au/Ag@SiO2对CV的MEF和SERS增强效果越好。这一研究为Au/Ag@SiO2核壳结构纳米粒子的制备提供了一种简便有效的方法,并促进了其在MEF-SERS双模式检测和成像中的应用。
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