Cu2O纳米颗粒的制备及其SERS性能研究

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表面增强拉曼散射(Surfance-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱技术是一种分子检测技术,具有检测限度低、无损、高效和可重复等优点。制备优良的SERS基底是SERS光谱技术发展的关键。大量研究表明,采用贵金属作为SERS基底可以达到理想的检测效果。然而,由于贵金属基底的成本高、生物相容性不佳,目前还无法得到普遍的推广与应用。因此近些年来,SERS基底的研究热点已逐渐从贵金属转向价格更为低廉、生物相容性更好的半导体材料。Cu2O是一种典型的能被可见光激发的半导体材料,被广泛应用于光催化、光电等领域。目前已有人对Cu2O的SERS性能进行研究,发现其可以作为SERS基底,并且Cu2O的形貌会对SERS性能造成影响。本文采用液相还原法合成具有粗糙表面的纳米Cu2O球,并将其作为SERS基底,对其SERS性能进行研究,具体内容如下:以CuCl2作为铜源,水合肼作为还原剂,在不添加表面活性剂的条件下制备出纳米Cu2O球。检测结果表明:反应产物为纯的Cu2O,表现为小颗粒聚集而成的球状结构,球体平均直径为(155±14.63)nm,熔点约为550℃。根据试验结果研究了反应时间、水合肼与CuCl2的摩尔比、CuCl2浓度等不同试验参数对Cu2O纳米颗粒形貌的影响。发现当反应时间为20 min,水合肼与CuCl2的摩尔比为20∶1,CuCl2浓度为6 mmol/L,反应温度为20℃,CuCl2溶液的pH为5时,形成的纳米Cu2O球比较规则,组成球体的小颗粒较小且粒径均匀。此外,加入NaOH调节CuCl2溶液的pH为7和9时,Cu2O纳米颗粒从球形变成了八面体形状。根据试验现象探究了Cu2O纳米颗粒的生长机制。纳米Cu2O球的生长模式为积聚生长模式,而且反应过程中产生的氮气促进了球体疏松结构的形成。八面体Cu2O的形成是由于加入NaOH后反应溶液的碱性增强,增大了水合肼的还原能力,产生的Cu+过饱和度较高,晶体倾向于沿着非极性面生长,从而形成八个面均为(111)面的八面体。最后,选择罗丹明6G(R6G)作为探针分子,测试了纳米Cu2O球的SERS性能。经过计算,纳米Cu2O球基底的增强因子大约为3.6×103,展现出良好的SERS性能。经分析得出纳米Cu2O球基底的SERS效应可能是由于R6G吸附在基底上并产生电荷转移造成的。此外,纳米Cu2O球的疏松球状结构提供了较多的活性位点,使得吸附在这些活性位点上的R6G分子的信号增强。
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