摘要
几十年来，贵金属和半导体一直被用作表面增强拉曼光谱（SERS）基底，但这两类材料在增强机理上有很明显的不同。贵金属SERS基底主要利用其表面产生的表面等离激元（SP），在局域SP共振（LSPR）的作用下实现拉曼信号的增强。相比之下，半导体主要利用材料与检测分子间的化学作用而实现拉曼信号的增强。与金属纳米结构或半导体相比，贵金属/半导体复合材料在纳米科学中被证明具有独特的性能。本论文制备了银纳米颗粒（AgNPs）、银纳米颗粒上负载石墨炔（AgNPs@GDY）、石墨炔上负载银纳米颗粒（GDY@AgNPs）、银微球上负载石墨炔（AgMCs@GDY）等复合材料，通过结晶紫、亚甲基蓝、罗丹明6G、2-甲基萘等目标分子，研究了石墨炔（GDY）基复合材料的SERS效应；此外，还研究了GDY对SP驱动的对硝基噻吩酚（PNTP）和对氨基噻吩酚（PATP）合成4,4′-二巯基偶氮苯（DMAB）的催化反应的影响。 本研究首先合成了银纳米颗粒、银微球、石墨炔，通过在硅片（SiO2/Si）上自组装得到银-石墨炔复合材料。银微球仅制备了一种AgMCs@GDY复合材料，这是因为GDY的尺寸远远小于银微球的大小（平均2.2μm）。关于AgNPs-GDY的复合材料，制备了两种SERS底物，分别是AgNPs@GDY和GDY@AgNPs。利用拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）对SERS底物进行了表征，发现与裸银粒子相比，基于银-石墨炔的SERS复合衬底大大降低了探针分子的拉曼信号，但具有更强的等离激元驱动催化反应效率。 与裸银颗粒相比，复合材料上染料分子的SERS信号强度明显降低。此外，与聚芳族分子的几何平行取向相比，染料分子的几何结构在复合材料上并没有得到很好的支撑，聚芳族分子与GDY的距离相对较短，因此快速的电荷转移导致了聚芳族化合物的化学增强。实验结果表明，2-甲基萘在Ag/GDY基复合基体上的光谱与单独的Ag颗粒相比，干扰较少，增强效果较好。银-石墨炔复合材料在低激光功率和较短时间内就可以实现等离激元驱动的催化反应，GDY能够实现高的电子空穴对分离并在反应位点进行高的电荷转移，使得偶氮偶联反应更快更彻底。
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