熒光多孔硅的制備及其在金屬離子和有機(jī)分子檢測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、多孔硅(Porous Silicon, PS)，由于光致熒光效應(yīng)顯著，比表面積極大(＞500m2/cm3)，微觀結(jié)構(gòu)種類豐富，具有較好的生物組織兼容特性，顯示出獨(dú)特的理化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池研發(fā)、電子器件制造、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)藥分析等，特別是對(duì)一些金屬離子具有顯著的熒光信號(hào)響應(yīng)以及優(yōu)良的生物組織兼容性等特點(diǎn)而備受研究者的關(guān)注。近年來(lái)PS已經(jīng)成為硅材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，推動(dòng)了多領(lǐng)域的快速發(fā)展。然而，簡(jiǎn)便、綠色地制備發(fā)光穩(wěn)定、具有特定功

2、能的PS的方法還有待開(kāi)發(fā)，為了能盡快達(dá)到該目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)便、低成本制備PS的新方法，并成功用于金屬離子及有機(jī)分子的檢測(cè)。所制備的多孔硅化學(xué)熒光傳感器均具制備簡(jiǎn)便、靈敏度高、特異性好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，具體內(nèi)容如下:
　　1.化學(xué)腐蝕法制備熒光多孔硅對(duì)Ag+的檢測(cè)
　　采用簡(jiǎn)便的化學(xué)腐蝕法在45℃下制備了橘紅色熒光多孔硅(PS)，通過(guò)掃描電鏡(SEM)，紅外光譜(FT-IR)和比表面積(BET)對(duì)PS的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。研

3、究發(fā)現(xiàn)，銀離子(Ag+)能在PS上發(fā)生氧化沉積而猝滅熒光，基于該現(xiàn)象，建立了一種快速、靈敏檢測(cè)Ag+的新方法。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，Ag+濃度與PS的熒光強(qiáng)度，在4.5×10-8～6.6×10-7mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限(LOD)(根據(jù)3σ規(guī)則，σ=S0/S)為2.2×10-8 mol/L，線性相關(guān)系數(shù)R2為0.9914，該方法用于水樣中Ag+的檢測(cè)，結(jié)果滿意。
　　2.電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕法制備熒光多孔硅對(duì)苦味酸的檢測(cè)

4、r>　　本研究采用電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕法，以氫氟酸和無(wú)水乙醇的混合溶液(HF∶C2H5OH=1∶1)為電解液，石墨棒為陰極，硅片為陽(yáng)極，用單槽法簡(jiǎn)便地制備出了發(fā)光性能優(yōu)良的多孔硅。通過(guò)掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)、熒光光譜對(duì)所制備的PS進(jìn)行表征，表明制備的PS孔隙均勻，在紫外燈下能發(fā)射橘紅色熒光，并且具有良好的光學(xué)穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，苦味酸能夠氧化、破壞多孔硅的熒光基團(tuán)，導(dǎo)致其熒光顯著猝滅?；谠摤F(xiàn)象，

5、我們建立了一種簡(jiǎn)單靈敏高效地檢測(cè)苦味酸的分析方法。在優(yōu)化條件下，苦味酸濃度在6.5×10-9mol/L～1.5×10-7mol/L范圍內(nèi)，與PS的熒光猝滅效率呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.9921，檢測(cè)限(LOD)（根據(jù)3σ規(guī)則，σ=S0/S）低至5.0×10-9mol/L。結(jié)果表明，PS作為檢測(cè)苦味酸的傳感器材料，具有檢測(cè)限低，選擇性好及線性范圍寬的優(yōu)良特性。對(duì)實(shí)際樣品中苦味酸的檢測(cè)結(jié)果滿意，證明該方法在實(shí)際檢測(cè)中具有較大的發(fā)

6、展?jié)摿Α?br>　　3.氨基功能化多孔硅化學(xué)傳感器對(duì)Fe3+的檢測(cè)研究
　　本研究采用3-氨丙基三乙基硅烷（3-aminopropyltriethoxysilane，APTES）為偶聯(lián)劑，甲苯為表面活性劑，在80℃水浴條件下加熱攪拌，簡(jiǎn)單合成了氨基功能化多孔硅(PS-NH2)，通過(guò)掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外分光光度計(jì)(FT-IR)及熒光光譜對(duì)所合成的材料進(jìn)行表征，結(jié)果表明，PS-NH2在紫外燈下發(fā)出橘紅色熒光，孔隙結(jié)構(gòu)明顯，氨

7、基成功嫁接到了PS的表面。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+能與PS-NH2表面的氨基發(fā)生結(jié)合，使氨基中的孤對(duì)電子發(fā)生快速的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致PS-NH2的熒光猝滅，從而建立一種快速、靈敏的檢測(cè)Fe3+新方法。在優(yōu)化條件下，F(xiàn)e3+濃度在1.0×10-9mol/L～1.0×10-6mol/L范圍內(nèi)時(shí)，與PS-NH2的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)較好的線性擬合，檢測(cè)限(LOD)（根據(jù)3σ規(guī)則，σ=S0/S）為8.6×10-10moFL，線性相關(guān)系數(shù)R2為0.9938。