银纳米片组装体SERS基底的构筑及其对有机污染物的探测

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近年来,日益恶化的环境问题引起了人们的高度关注。其中,水体中残留的有机污染物如农药、染料及持久性污染物对生态坏境和人体健康造成了严重威胁。这些有机污染物可通过人体富集,不仅会产生慢性毒性和“三致”(致癌、致畸、致突变)效应,而且还会导致内分泌紊乱、生殖系统及免疫机能失调,严重威胁人类健康。因此,对水体中有机污染物的快速检测已迫在眉睫。贵金属纳米结构的表面增强拉曼光谱(SERS)技术能够提供样品的“指纹”特征峰,具有高灵敏检测与识别等优势,因而在环境有机污染物分析等领域备受关注,被公认为是一种非常有前景的环境分析手段。本文基于SERS效应,以银(Ag)纳米片为研究对象,通过银纳米片的控制生长及其组装,构筑了两种类型的银纳米片组装体:空心微立方颗粒及薄膜。以R6G染料为模拟探测分子,系统研究了两种SERS基底的结构形貌与性能之间的关系。主要研究结果如下:1.基于柠檬酸根离子对Ag纳米片的控制生长,提出以氧化亚铜微米级立方体为化学模板,在酸性条件下,利用模板释放出的Cu+原位还原Ag+,来合成由Ag纳米片组装的空心微立方颗粒。首先研究了体系反应参数(反应前躯体比例,柠檬酸钠和氢离子的浓度及反应时间等)对样品结构及形貌的影响;然后以R6G为模拟探测分子,以银空心微立方颗粒为SERS基底,系统研究了产物结构、形貌与其SERS性能之间的关系。结果表明,当银空心微立方颗粒表面的纳米片密度适当时,其SERS性能最好,对R6G分子的探测极限可达到10-14M。2.在第一部分研究中,初步利用设计合成的银纳米片组装体(空心微立方)实现了对水体中有机污染物分子的痕量探测。但采用离心或过滤等手段将其从水体中分离的过程耗时费力,因此在上述研究成果的基础上,提出将氧化亚铜颗粒移植到铜片衬底上,形成氧化亚铜薄膜,并以其作为还原层,实现由Ag纳米片组装的薄膜的可控合成。依据前期实验基础,结合本实验的特点,通过实验参数的调控,实现了银纳米片疏密程度可调的Ag薄膜SERS基底。实验结果表明,采用便捷的液滴接触探测方式,其探测极限可达到10-12M,虽然其探测极限较上述颗粒SERS基底有所降低,但Ag薄膜SERS基底具有操作方便、探测快速高效等特点,因而具有很大的应用优势。
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