金納米花的可控制備、光學性質及表面增強拉曼應用研究.pdf

1、納米尺度的金屬，如銀、金或銅，由于其獨特的表面等離子體共振(LSPR)性質表現出來的光學特性，使其廣泛應用于光子學、電子學、傳感及許多生物醫(yī)藥領域。金屬納米粒子的光學、電學和催化等性能，強烈依賴于納米粒子的尺寸、形貌等性質，以及金屬自身及周圍介質的介電特性。已經證明，尖銳邊緣和枝角的存在使納米粒子對局域電介質環(huán)境的改變更加敏感，還會極大地增強周圍電場強度，因此枝角狀納米結構，如金納米星、金納米花等可以更好地應用于超靈敏傳感（如LSPR傳

2、感）、表面增強拉曼(SERS)等。濕化學方法由于其多樣性，在金屬納米結構的可控制備中備受歡迎，通過改變反應體系中的某些參數，可以調節(jié)納米結構的最終尺寸及形貌。最近，很多小組都報道了分枝狀金納米結構的合成方法，從合成原理來看，主要有兩種方法:一步合成法和種子介導生長法。本論文分別利用這兩種合成方法，制備不同形貌尺寸的復雜三維花狀金納米結構（簡稱金納米花），并對兩種方法的優(yōu)劣進行比較，實現表面粗糙度可控的金納米花的制備。然后分別通過實驗與理

3、論模擬的方法，對其SERS特性進行研究，證明枝角狀金納米結構在增強表面局域電磁場的優(yōu)異性能，因而具有更廣的應用前景。最后，研究了金納米花的SERS應用，一方面通過靜電自組裝法制備SERS固態(tài)基底，實現分子的微量檢測;另一方面構筑了一種BSA-cappedNBA@GNFsSERS探針，實現細胞成像應用。
　　 具體工作內容如下:
　　 1.單分散性良好的表面粗糙度可控的金納米花的可控制備
　　 在金納米花的一步合成

4、法中，HEPES同時作為還原劑和形貌誘導劑。HAuCl4/HEPES濃度比、反應溫度和溶液pH，均可影響產物最終的尺寸形貌。該法對微小的合成條件的改變很敏感，很難控制晶核的形成，因而產物的尺寸形貌可控性較差，并且生成的粒子單分散性較差。在金納米花的種子合成法中，HEPES僅作為形貌誘導劑，而由NH2OH作為還原劑，使預先合成的金種子繼續(xù)生長成為金納米花。NH2OH是一種較強的表面催化還原劑，被還原的Au3+全部用于金種子的各向異性生長，

5、整個過程中沒有額外的晶核產生，故極大地改善了產物的單分散性。另外，生長液中HAuCl4/NH2OH濃度比一定時，種子的原始尺寸可決定最終產物的尺寸，而HEPES的濃度可以對金納米花表面枝角的數量和長度進行調節(jié)，實現形貌的可控性。
　　 2.分別用實驗與模擬的方法研究金納米花的SERS特性
　　 根據理論研究，枝角的形貌會影響金納米結構的LSPR峰以及SERS效應，由不同HEPES濃度合成的具有不同表面形貌的金納米花（簡稱

6、金納米花系列）必定具有不同的SERS效應。通過對尼羅蘭A(NBA)分子的SERS光譜進行比較，計算出金納米花系列的增強因子(EF)，實驗證明，枝角越明顯、越豐富、越尖銳，金納米花的SERS效應越強。特別地，金納米花的SERS效應比相同尺寸表面光滑的金納米球SERS效應強10倍之多。本文利用計算機模擬的方法，從理論的角度進一步研究了枝角形貌與SERS效應之間的關系，結果與實驗結果相符。
　　 3.金納米花的SERS應用
　　

7、 利用種子介導生長法合成的金納米花具有良好的單分散性，其表面豐富的枝角極大地增強了納米粒子表面的粗糙度，極大地增強了其SERS效應，具有廣闊的SERS應用前景。一方面利用靜電自組裝的方面將金納米花粒子吸附在經氨基化處理的ITO玻璃表面，低成本、簡單快捷地制備均勻、可重現、穩(wěn)定的SERS固態(tài)活性基底，其對尼羅蘭A(NBA)分子的檢測限達到10-10M，固態(tài)基底可以方便地應用于分子的微量檢測;另一方面在修飾有尼羅蘭A(NBA)分子的花狀金