表面增強(qiáng)拉曼散射光譜（SERS）已用于環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)藥、食品衛(wèi)生等領(lǐng)域,而高活性SERS基底是表面增強(qiáng)拉曼散射光譜技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。TiN作為新型等離子材料具有較強(qiáng)的SERS性能,同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性及生物相容性較好,但其SERS性能不如貴金屬金強(qiáng)。該研究采用氨氣還原氮化法和電化學(xué)沉積法,在TiN薄膜表面沉積貴金屬Au納米顆粒制備出Au/TiN復(fù)合薄膜。在Au/TiN復(fù)合薄膜中單質(zhì)Au和TiN兩種物相共存;隨著電化學(xué)沉積時(shí)間延長, TiN薄膜表面單質(zhì)金納米顆粒數(shù)量逐漸增多,金納米顆粒尺寸增大,顆粒間距減小。由于金與TiN兩者的本征表面等離子共振耦合作用, Au/TiN復(fù)合薄膜的共振吸收峰發(fā)生了偏移。利用羅丹明6G為拉曼探針分子,對Au/TiN復(fù)合薄膜進(jìn)行SERS性能分析,發(fā)現(xiàn)Au/TiN復(fù)合薄膜上的R6G探針分子的拉曼峰信號強(qiáng)度隨沉積時(shí)間延長呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律;當(dāng)電化學(xué)沉積時(shí)間為5 min時(shí), R6G拉曼信號峰較高,復(fù)合薄膜樣品的SERS活性最大。將Au/TiN復(fù)合薄膜和Au薄膜分別浸泡在10^-3, 10^-5, 10^-7,... 

【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(02)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【圖文】：

Au/TiN復(fù)合薄膜的XRD及SEM圖

為證明Au顆粒與TiN薄膜之間的有相互耦合協(xié)同作用, 在ITO玻璃上沉積了Au薄膜, 沉積5 min, 并測試了Au薄膜的SERS圖譜, 如圖4(a,b)所示。 結(jié)果表明, 3種基底膜對羅丹明6G探針分子的拉曼信號強(qiáng)度均有所增加, 但吸附在Au/TiN復(fù)合薄膜上的R6G探針分子的拉曼信號強(qiáng)度比Au薄膜的提高了近2倍, 比TiN薄膜提高了近8倍, 其Au/TiN復(fù)合薄膜的增強(qiáng)效果遠(yuǎn)大于二者在增強(qiáng)強(qiáng)度上相加之和。 因此, 在TiN薄膜與Au顆粒結(jié)合處, 兩者的表面等離子體產(chǎn)生了強(qiáng)烈的耦合效應(yīng), 極大的增強(qiáng)周圍的電磁場以及電荷轉(zhuǎn)移協(xié)同效應(yīng), 使R6G分子的拉曼信號極大增強(qiáng)。圖4 (a) TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN復(fù)合薄膜的SERS圖譜; (b) TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN復(fù)合薄膜柱狀圖

圖3 不同沉積時(shí)間Au/TiN復(fù)合薄膜的SERS 圖譜(a)及Au/TiN復(fù)合薄膜柱狀圖(b)為了分析所制備的TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN復(fù)合薄膜的電場分布情況, 利用時(shí)域有限分差法分別對TiN薄膜、 Au薄膜和Au/TiN復(fù)合薄膜進(jìn)行模擬, 結(jié)果如圖5(a,b,c)所示。 可以看到, Au/TiN復(fù)合薄膜(c)和Au薄膜(b)及TiN薄膜(a)均具有電場增強(qiáng)作用, 其中, (c) Au/TiN復(fù)合薄膜的增強(qiáng)作用最強(qiáng)。 這是由于在兩個相鄰氮化鈦薄膜與金納米顆粒的結(jié)合處, 該區(qū)域?qū)儆陔姶艌鰪?qiáng)度得到極大增強(qiáng)的“熱點(diǎn)”部分, 表面等離子體產(chǎn)生了強(qiáng)烈的耦合效應(yīng), 使拉曼信號極大增強(qiáng)。 當(dāng)TiN薄膜與具有較強(qiáng)等離子體效應(yīng)的Au顆粒復(fù)合時(shí), 兩者產(chǎn)生協(xié)同作用, 使得Au/TiN復(fù)合薄膜的SERS效應(yīng)極大增強(qiáng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3107477