α-Fe2O3/Ag核壳结构纳米颗粒的制备及SERS活性研究

作     者：王春蓉 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周竹发

授予年度：2011年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：α-Fe2O3颗粒 籽晶法 α-Fe2O3/Ag 核壳结构纳米颗粒 APS SERS 

摘      要：核壳结构复合材料不仅保持了纳米磁性粒子特殊的磁性能,还增强了粒子的生物相容性、热学、机械和化学稳定性等性能。因其特殊的结构和性质已经成为当前材料学一个越来越活跃的研究领域。α-FeO纳米粉体具有良好的磁性,催化性,气敏性等性能,且制备工艺简单,价格低廉,用贵金属Ag包覆后,不仅增强了α-FeO纳米粉体的拉曼活性,还能增加其化学稳定性、生物相容性等。目前关于这两种颗粒的包覆研究较少,特别是其作为拉曼衬底的研究还未见报道。课题研究成果具有较好的新颖性,并对其在生物医学领域中的靶向给药、检测生物分子等方面有着很好的应用价值。 本研究主要采用硅烷偶联剂作为连接桥梁,制备α-FeO/Ag核壳结构复合纳米颗粒,并研究其SERS活性。(1)采用水热法制备球形α-FeO籽晶纳米颗粒,加入聚乙二醇(PEG)作为分散剂。系统研究了Fe浓度,PEG含量等条件变化对α-FeO纳米颗粒的影响。以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)为改性剂,对α-FeO籽晶纳米颗粒进行表面改性,并分析了改性机理,进一步通过红外分析,验证α-FeO纳米粒子表面通过Fe-O-Si键包覆氨基硅烷分子。(2)采用籽晶法,以甲醛为还原剂,在[Ag (NH)]+溶液中制备α-FeO/Ag核壳结构复合颗粒。研究了APS改性剂、醇水比、还原速度等条件对复合纳米颗粒包覆效果及性能的影响。采用粒度测试仪,XRD、SEM、TEM和EDX对样品进行测试和表征,并分析了包覆颗粒的制备原理。(3)采用吡啶(Py)为探针,并对α-FeO/Ag核壳结构复合颗粒作为拉曼衬底的SERS活性和稳定性进行研究,计算它们的增强因子和稳定性。 通过大量实验及分析得出如下结论:(1)水热法制备的α-FeO籽晶为球形纳米颗粒,分布均匀,粒径大约在40nm左右。作为添加剂,PEG对α-FeO颗粒的制备有一定的影响,当PEG=0.5%时,α-FeO颗粒分散性有明显提高,但对颗粒形貌影响不大。且当Fe为0.5mol/L时,有利于α-FeO晶核成核;红外分析表明,APS通过共价键结合的方式连接到α-FeO籽晶表面,并使其表面富含氨基,便于Ag的包覆。(2)当APS=0.75wt%(质量分数),醇水比=5:1时,α-FeO/Ag核壳结构纳米颗粒的平均粒径为60nm左右,颗粒包覆完整,分散均匀。通过控制AgNO3和α-FeO摩尔比可以制备银层可控的α-FeO/Ag复合颗粒。当AgNO3和α-FeO摩尔比为1时,制备的α-FeO/Ag复合颗粒包覆完全且表面粗糙度较好。制备包覆颗粒时,甲醛浓度为3.7%,温度控制在常温下颗粒制备效果较好。(3)对比α-FeO籽晶颗粒以及粗糙Ag膜作为拉曼衬底时Py的信号强度,可以得出α-FeO/Ag包覆颗粒作为拉曼衬底时具有较强的拉曼信号,通过增强因子计算公式可得Ef =9.8×10。当AgNO浓度为1mol/L时,醇水比=5:1时,α-FeO/Ag颗粒在1010cm和1038cm处出现显著了SERS增强。在空气中放一段时间后仍能保持较好的增强效果,稳定性好。