一種貴金屬/石墨烯SERS襯底製備方法與流程

2023-08-07 14:06:51 1

本發明涉及一種SERS襯底的製備方法，尤其涉及一種貴金屬/石墨烯SERS襯底製備方法，屬於拉曼光譜技術領域。

背景技術：

表面拉曼光譜(SERS)由於超高靈敏度，且能獲得物質分子結構信息，被稱為物質的「指紋譜」，被廣泛應用於食品、醫藥、生命、農業等領域。經過40年的理論和實驗研究表明，SERS效應起源於襯底金屬表面局域電場增強和金屬襯底與吸附分子之間相互作用的化學增強，因此SERS襯底的特性直接影響著採用SERS光譜對物質進行定性定量分析。

當前，SERS襯底的傳統製備方法主要採用物理方法，包括原子蒸鍍，磁控濺射、脈衝雷射沉積等；或者化學方法，包括化學還原法、溶膠凝膠法、金屬離子的自組裝生長法等直接在矽、二氧化矽、玻璃等材料上沉積各種形貌貴金屬納米粒子、納米線等形成SERS襯底。傳統方法所製備的SERS襯底普遍存在的問題是各種形貌貴金屬納米粒子、納米線等分布不均，導致在金屬拉曼光譜採集時，需要不斷的找尋測試點，並且不同測試點所採集增強拉曼信號強度不同，給SERS定量分析增加了難度。為了解決各種形貌貴金屬納米粒子、納米線等規則均勻分布，普遍採用模板法限制貴金屬的生長空間分布，形成各種形貌貴金屬納米粒子、納米線等形貌均勻、排布規則的SERS襯底，但納米粒子之間、納米線之間依然存在一定間距，形成凹坑，待測物質分子不能均勻分布。2012年，北京大學張錦教授團隊在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)上發表了題為Surface enhanced Raman spectroscopy on a flat graphene surface的學術論文報導了單層石墨烯與均勻排布的半球形貴金屬納米粒子島形成的G-SERS襯底，該襯底表面平整，可使吸附分子均勻分布，同時SERS信號增強明顯，且穩定，有利於可靠的定性分析和無標記定量分析。但他們所採用的方法需要較好的控制半球形貴金屬納米粒子島的生長條件，製備要求高。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術的不足，本發明提供了一種貴金屬/石墨烯SERS襯底製備方法，該方法採用AAO模板控制貴金屬納米棒的生長，採用機械剝離法獲得石墨烯片，簡單、易操作，且所製備的SERS襯底表面熱點分別均勻，可提高SERS信號重複性、穩定性，有利於進行SERS定性定量分析。

本發明所採取的技術方案為：一種貴金屬/石墨烯SERS襯底製備方法，主要步驟為：

第一步：用稀釋的鹽酸清洗AAO模板；

第二步：將第一步清洗所獲得的AAO模板置於矽基底上，通過物理沉積貴金屬納米棒，使其按照AAO模板的孔進行生長；

第三步：將第二步形成的整體放入稀釋的鹽酸洗滌，去除AAO模板後，放入真空乾燥箱乾燥，得到規則排布的貴金屬納米棒陣列。

第四步：採用機械剝離法剝離石墨烯，並平鋪於第三步所獲得的貴金屬納米棒陣列上；

第五步：將第四步所獲得的表面鋪有石墨烯的貴金屬納米棒陣列放入退火爐進行退火，石墨烯塌陷，並與貴金屬納米棒熱嵌結合，形成石墨烯包裹的貴金屬納米棒陣列；

第六步：採用離子束轟擊去除第五步所獲得的石墨烯包裹的貴金屬納米棒陣列根部，形成貴金屬/石墨烯SERS襯底。

所述的貴金屬為金或銀或銅。

所述的物理沉積為電沉積或者脈衝雷射沉積。

所述的AAO模板為雙通AAO模板。

所述的稀釋的鹽酸濃度小於5％。

所述的機械剝離法採用粘膠帶的方式。

本發明的有益效果：

1.本發明將機械剝離法剝離的石墨烯鋪於規則排布的貴金屬納米棒上，並退火使兩者緊密結合，形成規則分布的石墨烯包裹的貴金屬納米棒陣列，使熱點分別均勻，提高化學增強效果的同時，提高了測試信號重複性。

2.採用AAO模板控制貴金屬納米棒的空間分布、直徑等生長因素，可以獲得形貌均一、規則排布的貴金屬納米棒。

3.採用退火方法處理表面鋪有石墨烯的貴金屬納米棒陣列，不僅可以減少石墨烯邊緣缺陷、表面缺陷，還可以提高石墨烯與貴金屬納米棒陣列表面結合度。

附圖說明

下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步說明。

圖1為AAO模板結構示意圖；

圖2為貴金屬納米棒陣列結構示意圖；

圖3為鋪有石墨烯的貴金屬納米棒陣列結構示意圖；

圖4為退火後石墨烯包裹貴金屬納米棒陣列結構示意圖；

圖5為離子束轟擊後形成的貴金屬/石墨烯SERS襯底結構示意圖。

圖中，1為AAO模板；2為貴金屬納米棒；3為矽基底；4為石墨烯。

具體實施方式

圖1中，取一塊雙通AAO模板1，並採用經稀釋鹽酸至濃度小於5％後的鹽酸溶液清洗AAO模板1，去掉雜質。

圖2中，將清洗後的AAO模板1置於矽基底3上，採用電沉積或者脈衝雷射沉積，將金或銀或銅貴金屬沉積於清洗後的AAO模板內，生長貴金屬納米棒2。生長完畢後，採用經稀釋鹽酸至濃度小於5％後的鹽酸溶液去除AAO模板1，並放入真空乾燥箱乾燥，得到間距可控、形貌均一、排布規則的貴金屬納米棒2陣列。

圖3，圖4中，採用機械剝離法剝離石墨烯4，並平鋪於貴金屬納米棒2陣列上。而後整體放入退火爐進行退火，石墨烯4塌陷，與貴金屬納米棒2熱嵌結合，緊緊包裹著每一根貴金屬納米棒2。

圖5中，採用離子束轟擊去除所獲得的石墨烯4包裹的貴金屬納米棒2陣列根部，形成貴金屬/石墨烯SERS襯底。