本文選題：表面增強拉曼光譜 + 納米復合材料　； 參考：《哈爾濱工業大學》2015年碩士論文

【摘要】：表面增強拉曼光譜(SERS)技術廣泛應用于檢測低濃度的化學和生物分子,近年來基于SERS技術發現了表面等離激元催化反應(SPAC),可以實現普通催化劑不能或難以實現的催化反應。表面等離激元(SP)是金屬表面自由電子的諧振蕩,激光作用下產生的熱電子和熱效應可以輔助催化反應研究。本課題基于單顆粒原位SERS技術,研究了表面等離激元誘導硝化反應。由于在硝化反應過程中需要使用硝酸,而常用作SERS基底的銀材料抗酸腐蝕的能力較弱,因此對SERS基底進行了改性研究。利用聚多巴胺(PDA)的強粘附性及弱還原性制備了Ag@PDA@Au復合顆粒,研究了聚多巴胺的聚合時間以及氯金酸溶液的濃度對復合顆粒SERS性能的影響,并對制備的復合顆粒進行了SEM、XRD、TEM、EDS、SERS等測試。研究結果表明,當多巴胺的聚合時間為45 min,氯金酸溶液的濃度為10 mmol/L時,復合顆粒的綜合性能最好。基于原位SERS技術,以苯硫酚為反應物,以硝酸為硝化劑,在制備的Ag@PDA@Au復合顆粒上研究了苯環的硝化反應。研究發現,隨著激光的照射,在1330 cm-1處逐漸出現一個新的拉曼峰,通過密度泛函理論(DFT)計算可知,生成了對硝基苯硫酚(p-NTP)。進一步研究發現,該硝化反應的速率與激光強度成正比,且SERS基底是該硝化反應發生的必要條件。將Ag@PDA@Au復合顆粒、硝酸和苯硫酚的反應體系加熱到不同溫度,發現隨著溫度的升高,硝化反應的速度隨之加快,從而說明SP在該反應中起到了等離子體熱源的作用。作為對比試驗,在制備的具有分級結構的金納米顆粒和銀納米顆粒上進行了上述硝化反應,發現該反應在金納米顆粒上最先達到穩定,而在銀納米顆粒上達到穩定需要的時間最長,說明金能夠降低該硝化反應的能壘。將硝酸鈉作為硝化劑,研究了氫離子對該硝化反應的影響,研究發現,氫離子在該反應中起到催化劑的作用,并據此得出了該硝化反應的機理。研究了萘硫酚、半胱氨酸、對氨基苯酚和對甲基苯硫酚的硝化反應,研究發現,反應物分子的基團種類及分子結構能夠影響表面等離激元誘導硝化反應的發生。
[Abstract]:Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) technique has been widely used in the detection of low concentration chemical and biological molecules. In recent years, the surface isophosphate catalytic reaction (SPAC) has been discovered based on the SERS technique, which can realize the catalytic reactions which can not be or can not be realized by ordinary catalysts. Surface isophosphoric ion (SPN) is the resonance of free electrons on metal surface. The hot electron and thermal effect produced by laser can assist in the study of catalytic reaction. In this paper, the surface iso-ionization induced nitrification was studied based on single particle in situ SERS technique. Because nitric acid is used in the nitrification process and the acid corrosion resistance of silver material used as SERS substrate is weak, the modification of SERS substrate has been carried out. The Ag@PDA@Au composite particles were prepared by using the strong adhesion and weak reduction properties of PDAs. The effects of polymerization time of PDAs and the concentration of chlorgold acid solution on the SERS properties of the composite particles were studied. The results showed that when the polymerization time of dopamine was 45 minutes and the concentration of chloruronic acid solution was 10 mmol/L, the comprehensive properties of the composite particles were the best. Based on in situ SERS technique, the nitration of benzene ring was studied on the Ag@PDA@Au composite particles prepared by using phenylthiophenol as reactant and nitric acid as nitration agent. It is found that a new Raman peak appears at 1330 cm-1 with laser irradiation. The results of density functional theory (DFT) show that p-nitrophenylthiophenol p-NTP is formed. It is found that the rate of nitrification is proportional to the laser intensity, and the SERS substrate is the necessary condition for the nitrification to take place. When the reaction system of Ag@PDA@Au particles, nitric acid and phenythiophenol was heated to different temperatures, it was found that the rate of nitrification increased with the increase of temperature, which indicated that SP acted as a plasma heat source in the reaction. As a contrast experiment, the above nitrification reaction was carried out on the prepared gold nanoparticles and silver nanoparticles, and it was found that the reaction was first stable on the gold nanoparticles. However, it takes the longest time to achieve stability on silver nanoparticles, indicating that gold can reduce the energy barrier of the nitrification reaction. The effect of hydrogen ion on the nitrification reaction was studied by using sodium nitrate as nitration agent. It was found that hydrogen ion acted as catalyst in the reaction and the mechanism of the nitrification reaction was obtained. The nitration of naphthalene thiophenol, cysteine, p-aminophenol and p-methylphenylthiophenol was studied.
【學位授予單位】：哈爾濱工業大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O657.37;TB33

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本文編號：1838909