拓展表面增强拉曼光谱普适性的研究进展

表面增强拉曼散射效应自1977年被发现以来,表面增强拉曼光谱(SERS)技术经历了波浪式行进发展.SERS及其2个重要衍变技术针尖增强拉曼光谱(TERS)和壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)已成为该领域的3个主要发展核心.SERS可表征样品衬底材质的普适性以及可表征样品形貌的普适性是长期制约SERS发展的2个瓶颈问题,本文综述了田中群教授团队在解决这2个瓶颈问题方面所做的主要贡献,包括将SERS应用拓展到过渡金属表面,发明的SHINERS技术基本克服了SERS的诸多局限,SERS和SHINERS在界面电催化、光电催化机理等方面的基础科学研究,以及SERS乃至拉曼光谱在食品安全、临床检测等多个涉及痕量化学检测领域的广泛应用.     

蒽醌分子的深紫外针尖增强拉曼散射的化学增强机制

利用含时密度泛函理论来研究深紫外针尖增强拉曼散射光谱的化学增强机制的报道,引发了许多关于紫外针尖增强拉曼散射的实验研究。本文通过含时密度泛函理论来计算铝3-蒽醌分子-铝3结在262 nm光能量激发下的拉曼光谱,结果表明该分子的拉曼光谱是针尖增强共振拉曼散射光谱,其化学增强因子为107。这表明在生物和材料领域,针尖增强共振拉曼散射技术可用于深紫外区域的指纹振荡光谱研究。     

单分子表面增强光谱

单分子表面增强光谱的研究不仅对揭示分子与金属纳米结构的相互作用的物理机制具有重要意义, 而且具有重要的应用前景. 本文主要结合我们在单分子表面增强拉曼散射方面的研究工作, 介绍了单分子表面增强拉曼散射的研究进展, 包括增强机理、与入射光偏振的关系、多颗粒体系中对拉曼散射光的偏振调控、单分子表面增强拉曼散射中的光学力问题及单分子表面增强拉曼散射的远程激发, 并简要介绍了单分子针尖增强拉曼散射和单分子表面增强荧光.     

拉曼光谱技术的发展及其在生物医学领域中的应用

拉曼光谱技术自发现以来广泛应用于检测固体和液体材料的化学成分,它可利用物质的光谱"指纹"信息,区分各种物质样品、检测不同生理状况的细胞及其中的生物分子,如核酸、蛋白质等.为探索拉曼光谱在生物医学领域的应用前景,在概述拉曼光谱原理的基础上,介绍拉曼光谱技术及其衍生出的其他技术,包括表面增强拉曼散射(SERS)、共振拉曼光谱(RRS)、相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)、受激拉曼光谱(SRS)技术等,最后对拉曼光谱的改进与应用提出展望.     

胞嘧啶分子在不同基底上的拉曼散射研究

用几种不同的方法制备了银纳米颗粒和银纳米点阵,分别通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征了纳米颗粒的形貌,并研究了胞嘧啶分子吸附在这几种银纳米颗粒上的表面增强拉曼散射光谱,结果分析表明:(1)银纳米颗粒粒径在50nm左右时产生的增强效果最强;(2)胞嘧啶通过羧基和N3位垂直吸附于纳米银颗粒表面.     

基于植酸胶束制备纳米金及其SERS特性研究

在溶液中用替换法合成稳定的拉曼信号较强的金纳米粒子,即首先以植酸为稳定剂和控型剂,用柠檬酸三钠还原硝酸银合成银纳米粒子,再利用银纳米粒子还原氯金酸,在水溶液中制备金纳米粒子.采用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、透射电子显微镜(TEM)、能量散射光谱(EDX)对金纳米粒子的光学性质及形貌结构进行了表征,实验表明合成的金纳米粒子结构均一、分散性好.以罗丹明6G为探针分子,研究了金纳米粒子作为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)效应,结果表明:这种金纳米粒子具有SERS信号强、检测限低、稳定性强等优点.     

海胆状金纳米结构的制备及其表面增强拉曼散射光谱应用

本文用银纳米粒子作为种子,多巴作为还原剂,氯金酸(HAu Cl4)作为金前体,制备了海胆状的金纳米结构UGNS,并研究了UGNS在芳烃污染物的表面增强拉曼散射检测中的应用.通过扫描电镜、紫外-可见光谱、X-射线衍射光谱对UGNS进行了一系列的表征,清楚地表明我们成功的制备出了这种海胆状金纳米结构.用结晶紫、孔雀石绿作为探针分子,探讨了不同体积银纳米种子、UGNS的电化学处理对探针分子表面增强拉曼散射光谱信号强弱的影响.结果表明,0.2 ml的Ag纳米种子、50圈电化学处理后得到的UGNS对探针分子的拉曼散射信号具有最好的增强效果.将这种最优化的UGNS应用于水环境中孔雀石绿的检测,得到最低可检测的浓度为5×10-7mol/L.     

空心银纳米球层层组装膜上对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱研究

以对巯基苯胺(p-ATP)为探针分子,采用拉曼光谱研究了空心银纳米球与聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)层层组装做表面增强拉曼光谱基底的性质.实验结果表明:这种通过层层组装法制作的基底对p-ATP具有良好的增强效果;单层基底对p-ATP的不同振动模式的增强因子分别可以达到2×106和6×107.     

银纳米/氨基硫脲复合物的合成 、表征及光学性质研究

采用微波加热反应,以AgNO_3、氨基硫脲(TSC)为原料,在PVP保护下采用一步合成法制备银纳米/氨基硫脲复合物(AgNPs-TSC),并通过紫外可见光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和热失重(TGA)等分析方法对其进行分析和表征.结果表明:微波反应时间不影响银纳米颗粒的形态;纳米复合物颗粒平均粒径在30nm左右,形状为球形或类球形;TSC分子是通过配位键覆在银纳米颗粒表面上.同时通过荧光光谱研究复合前后的荧光变化,并通过Z-扫描研究了复合后非线性光学性质的变化,表明复合后双光子吸收系数吸收截面以及三阶非线性光极化率均有明显增强,是一种较好的非线性光学材料.     

纳米空间分辨表征双金属模型催化剂的表面性质

<正>催化是能源转换、环境保护、化工合成等领域中的重要过程,理性设计与可控合成高效、高选择性的催化剂一直是催化研究中的核心问题.为达到这一目的,需要从原子、分子水平表征、理解催化剂的活性位点及表界面构效关系[1].光谱技术由于可以提供催化剂表面分子水平的信息而在催化研究中发挥着重要作用.然而,由于光学衍射极限的限制,传统光谱技术的空间分辨率仅为数百纳米,只能提供平均的大范围多位点信息,难以关联特定表面结构(如缺陷、台阶、界面等)及性质.近年来,近场光谱技术得到迅速发展,     

光谱力学方法与仪器的研究进展与发展趋势

随着先进材料制造技术快速发展,各类低维材料与新型结构不断涌现,迫切需要发展测量材料内微观结构力学信息的实验新方法,这也是精密机械、半导体芯片等高科技领域关键技术背后的基础科学问题．以显微拉曼光谱为代表的光谱力学方法,具有无损非接触、在线原位、对本征与非本征应力/应变均敏感、较高的时空分辨率与应力灵敏度、一定深度内部探测以及协同表征与解耦分析的能力等技术特征．光谱力学方法是通过定量表征材料内部形变发生变化引起光谱谱线形状的变化来实现应变/应力的相对直接的测量,对于整体变形细微、内部应力状态与分布复杂且动态演化的研究对象具有独特的适用性,故而近年来受到固体力学及相关交叉学科领域的特别关注．围绕显微拉曼光谱、显微荧光光谱(含光致荧光光谱和阴极发光光谱)和太赫兹波时域光谱等主要的光谱力学方法,综述各自的力学表征原理与适用材料、当前仪器发展水平与关键指标、应用研究的现状,重点列举了该类技术在微电子/微结构残余应力检测、复合结构界面力学行为研究、涂层结构内部界面区域应力定量表征、二维材料异质结与新型半导体纳米线应变工程等方面具有代表性的研究成果和突出进展,并给出了光谱力学方法与仪器发展面临的瓶颈问...     

原位拉曼光谱研究电催化反应过程

面对日益严重的环境污染和能源危机,开发高效清洁的能源转换技术受到人们广泛的关注。以电催化为代表的电化学能源转换技术由于高效且无污染,近些年获得快速发展。然而,固/液界面电催化反应涉及多种反应物种,使得其机理解释非常困难,限制了高效电催化剂的理性设计和开发。电化学原位增强拉曼光谱技术具有灵敏度高、选择性好、指纹识别的优点,可以从分子原子水平揭示电催化反应过程。本文综述电化学原位增强拉曼光谱在一些重要电催化反应研究中的应用,包括氧还原反应、氢氧化反应、氧析出反应、氢析出反应、二氧化碳还原反应过程等。最后,总结原位增强拉曼光谱技术在电催化反应研究中面临的一些问题,并对其发展进行简要展望。     

银溶胶中水杨酸吸附行为的实验和密度泛函理论研究

从实验上获得了水杨酸(salicylic acid,SA)的常规拉曼散射(Normal Raman Scattering,NRS)光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱.应用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)和LANL2DZ(Ag)基组水平上对SA分子进行了结构优化,并计算了SA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同构型体系的SERS光谱.通过理论结果与实验值对比,发现SA分子通过羧基吸附构型比羧基与羟基共同吸附构型的计算结果与实验值符合得更好.最后,利用Gauss View可视化软件对其振动模式进行了详细指认.经分析得出:在银溶胶中,SA分子是通过羧基倾斜地吸附在银纳米颗粒表面的.     

利用SERS技术和DFT计算方法对糠醛分子的振动光谱研究

从实验上测量了糠醛分子(Fu)的正常拉曼谱(NRS),同时又运用了密度泛函理论(DFT)计算了糠醛分子的振动光谱,计算时采用了B3LYP混合泛函和6-31G基函数组,理论计算结果很好地符合了实验测量结果。还报告了糠醛分子在固态银纳米颗粒表面的表面增强拉曼散射(SERS)光谱,最后对糠醛分子在银纳米粒子表面上的可能吸附状态进行了讨论。     

表面增强Raman光谱研究血清白蛋白与Ag纳米粒子的界面作用

生物大分子与银纳米粒子之间的界面作用令人倍感兴趣.表面增强拉曼散射(Surfac enhanced Raman Scattering,SERS)技术[1],为解界面问题提供了有力的研究手段.本文以银纳米粒子作为SERS的活化基体[2],采用表面增强Raman光谱研究血清白蛋白与Ag纳米粒子的界面作用.     

2013-17 科技要闻

实现最高分辨率单分子拉曼成像中国科学技术大学侯建国等在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像,将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5nm。研究团队一直致力于自主研制科研装备,发展了将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术融为一体的联用系统。利用针尖与衬底之间形成的纳腔等离激元"天线"的宽频、局域与增强特性,通过与入射光激发和分子拉曼光子发射发生双重共振的频谱匹     

银、金溶胶及银/金混合胶体的制备和拉曼增强特性的研究

以化学还原的方法分别制备了金胶体、银胶体,同时在一种金属核上沉积生长另一种金属制备金银壳结构纳米粒子.通过透射电镜、吸收光谱对其结构及光学性质进行表征.以吡啶为探测分子,考察了其在金溶胶、银溶胶及金包银和银包金等不同溶胶上的拉曼光谱,计算了不同胶体体系上表面增强拉曼谱的增强因子.     

胆固醇酰胺衍生物Langmuir复合膜自组装与纳米结构研究

胆固醇作为一种有机小分子结构单元,广泛应用于两亲分子自组装领域。本研究主要利用了两种胆固醇酰胺衍生物(CH-1、CH-2)分子,以纯水为亚相通过气液界面组装成功制备了Langmuir膜,由表面压力-分子面积等温线表征界面铺展行为,采用原子力显微镜(AFM)对单层Langmuir膜的形貌进行了表征,进一步通过紫外光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)研究CH-1及CH-2分子制备的多层Langmuir膜界面光谱表征及界面组装过程。实验结果表明,CH-1、CH-2分子在纯水亚相表面形成稳定的Langmuir膜,同时由于CH-2分子在CH-1分子的基础上发生取代效应,从而使两种分子产生不同的组装行为。因此,本研究工作为胆固醇衍生物界面自组装及其纳米结构的相关研究提供了新的思路。     

表面增强拉曼光谱检测食品安全的教学实验开发

针对表面增强拉曼光谱教学内容不够充实的问题,为了加强学生讨论、参与实践和立即应用的互动式学习,设计和实践了一组适合本科学生学习的表面增强拉曼光谱检测食品安全的教学实验,从表面增强拉曼的原理、纳米粒子的合成和表征方法、表面增强拉曼光谱检测食品等几个方面,探索了实验的教学方法和教学过程.实践表明,该实验能够提高学生的学习兴趣、实践能力和科研能力.     

纳米尺度化学识别获重要进展

<正>纳米尺度上的化学识别对于微观结构设计与功能调控至关重要,而实现相邻不同分子的化学识别则代表着识别技术的一种极限挑战。最近,中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室单分子科学团队董振超研究小组继2013年成功实现亚纳米分辨的单分子拉曼光谱成像