一种多层Au纳米颗粒/GO膜复合SERS基底及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多层Au纳米颗粒/GO膜复合SERS基底及其制备方法，其步骤为：以Si片为衬底，重复溅射镀Au和提拉修饰GO膜两步骤，获得多层Au/GO复合膜，然后Ar气中退火。其稳固的多层结构使基底具有大的增强、好的信号均匀性和稳定性、有效捕获检测分子的能力，解决了石墨烯复合材料呈粉体状影响使用、纳米颗粒的密度和分布不可控、石墨烯膜转移导致的石墨烯污染和破损的问题，也解决了纯贵金属基底不易吸附检测分子、贵金属纳米颗粒团聚体结构不稳定且分布不均匀的问题。该工艺简单、绿色、能量产，有望应用于环境有机污染物的痕量分析。有望应用于环境有机污染物的痕量分析。有望应用于环境有机污染物的痕量分析。

【技术实现步骤摘要】
一种多层Au纳米颗粒/GO膜复合SERS基底及其制备方法


[0001]本专利技术属于拉曼光谱检测领域，具体涉及一种贵金属/石墨烯复合SERS基底。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种新型二维碳纳米材料，拥有独特的物化性质，应用广泛，与其它材料复合后的协同作用能更好发挥器件性能，比如表面增强Raman散射（SERS）检测，石墨烯与贵金属复合结构能充分利用石墨烯大的化学增强及其对检测分子的强吸附能力、贵金属大的物理增强，从而降低检测分子的浓度极限。常用的石墨烯可分为两类，即化学液相法合成的微米级的氧化石墨烯片（GO）和CVD生长的石墨烯膜。对于GO，制备的复合材料一般呈胶体或粉体状，颗粒在GO片上分布杂乱无章且密度较稀（含氧官能团决定了颗粒的形核和分布）。对于石墨烯膜，制备复合材料或器件的方式是采用转移法，转移过程中不可避免给石墨烯造成污染和破坏。此外，文献中报道的石墨烯复合材料一般是二维基底，增强能力受限，而三维基底是近几年的研究热点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种结构稳固、颗粒分布致密均匀的三维Au纳米颗粒/GO膜多层复合基底，本专利技术所述基底基于层层构筑的思想，其制备工艺简单、绿色。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案是：一种Au纳米颗粒/GO膜多层复合SERS基底及其制备方法，主要步骤如下：（1）洁净的Si片上溅射镀Au膜；（2）所述Au膜上旋涂GO薄膜；（3）重复上述镀Au膜和旋涂GO薄膜步骤，制备多层Au/GO复合薄膜；（4）将步骤（3）所述样品于Ar气中退火，即可获得多层Au纳米颗粒/GO膜复合基底。
[0005]较佳的，采用离子束溅射镀Au膜，沉积速率为1 nm/s，沉积时间为30 s。
[0006]较佳的，采用GO溶液在所述Au膜上旋涂GO薄膜，其中，GO溶液使用Hummers法合成。
[0007]较佳的，采用GO溶液在所述Au膜上旋涂GO薄膜，具体步骤如下：取适量3.6 μg/mL的GO溶液旋涂在1
×
1 cm2洁净的Si片上，于80 ℃下干燥20 min。
[0008]较佳的，重复上述镀Au膜和旋涂GO薄膜步骤，制备多层Au/GO复合薄膜，其中，Au膜层数为3层，GO薄膜层数为2层，层数少，SERS效果减弱，层数多，SERS效果增强不明显。
[0009]较佳的，于Ar气中退火，退火温度和时间分别为350
ꢀ±
10℃和30 min。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的创新之处是：制备的多层Au纳米颗粒/GO膜复合基底在结构上是独特的，充分发挥了Au纳米颗粒和GO二者的优势。层层构筑的制备方法也是新颖的，获得的Au颗粒结构稳固、分布致密均匀，解决了石墨烯基复合材料（粉体状产物影响使用、颗粒密度小且分布不可控）、石墨烯转移（污染和破坏）、纯贵金属衬底（不易吸附检测分子、结构不稳定）存在的一些问题。
[0011]本专利技术的优越之处在下面的附图说明和具体实施方式中将进一步阐述。
附图说明
[0012]图1为本专利技术制备多层Au纳米颗粒/GO膜复合基底的工艺路线示意图。
[0013]图2为本专利技术实施例1制备的5层Au纳米颗粒/GO膜不同放大倍率（a，b）的形貌。
[0014]图3为本专利技术实施例1制备的5层Au纳米颗粒/GO膜的红外吸收光谱。
[0015]图4为本专利技术实施例1制备的5层Au纳米颗粒/GO膜对罗丹明6G（R6G）分子的SERS图谱，其中，a为R6G 的SERS图谱；b为R6G在1650 cm
‑1处特征峰的强度变化。
[0016]图5为本专利技术实施例1制备的5层Au纳米颗粒/GO膜对对硝基苯酚（PNP）分子的SERS图谱。
[0017]图6为本专利技术实施例2制备的5层Au纳米颗粒/GO膜不同退火温度下的形貌，其中，a
‑
d）分别对应0、250、450、550 ℃的退火温度。
具体实施方式
[0018]本专利技术制备的多层Au纳米颗粒/GO膜为三维SERS基底，由Au纳米颗粒层与GO膜层交替搭建而成，结构稳固，Au颗粒致密均匀且能在层内层间充分耦合，使GO优势充分发挥（大的化学增强能力、有效的分子富集、对Au颗粒的抗氧化保护及拉曼测试时降低荧光背景），避免了贵金属纳米颗粒团聚体结构不稳定和分布不均匀以及石墨烯转移引起的的破损和污染问题。其稳固的多层结构使基底具有大的增强、好的信号均匀性和稳定性、有效捕获检测分子的能力，解决了石墨烯复合材料呈粉体状影响使用、纳米颗粒的密度和分布不可控、石墨烯膜转移导致的石墨烯污染和破损的问题，也解决了纯贵金属基底不易吸附检测分子、贵金属纳米颗粒团聚体结构不稳定且分布不均匀的问题。
[0019]本专利技术的制备工艺简单、绿色、能量产，其工艺路线示意图见图1。首先，将绿色溅射镀Au和提拉修饰GO薄膜相结合，重复两步骤，制备多层Au/GO复合膜，然后Ar气中退火，得到最终Au纳米颗粒/GO膜多层复合基底。结构参数可以通过工艺参数进行调控。
实施例1
[0020]（1）溅射沉积Au。取清洗后的洁净Si片，采用离子束溅射镀Au，靶材纯度99.99%，沉积速率为1 nm/s，沉积时间30 s。（2）旋涂GO层。取稀释后浓度为3.6 μg/ml的GO溶液（Hummers法合成）2 mL，滴加在1
×
1 cm2镀Au后的Si片上，选取合适转速将GO溶液旋涂均匀在所述Au膜上，然后将衬底放入80 ℃烘箱中干燥20 min，将GO薄膜凝固在Au膜上。（3）交替重复步骤（1）和步骤（2）制备其它层。本实施例共制备5层，包括3层Au膜和2层GO膜，其中最顶层和最底层均为Au膜。（4）退火。将获得的5层Au/GO膜样品放入真空管式炉进行退火处理，使用机械泵抽取真空并通入惰性气体Ar气作为保护气，设定退火温度350 ℃和时间30 min，即可得到5层Au纳米颗粒/GO膜复合基底。
[0021]采用日本日立公司的S
‑
4800场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察样品形貌，美国安捷伦公司的傅立叶变换红外光谱仪（Cary 610/670显微红外光谱仪）测试样品红外吸收图谱，英国Renishwa公司的In Via激光共焦拉曼光谱仪分析样品的光学性质。
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的5层Au纳米颗粒/GO膜复合基底的形貌。（a, b）不同放大倍率SEM像。从图2中可清楚看到Au纳米颗粒分布致密均匀，形状呈近椭圆形，尺寸10~40 nm，间距在20 nm以内。也能观察到最上层的GO层及其下面的Au颗粒。
[0023]图3为本专利技术实例1制备的5层Au纳米粒子/GO膜复合基底的红外光谱。1228、1400、1610、1730 cm
‑1处峰分别对应GO表面环氧基（C
‑
O）衍射模式、C
‑
O（H）基团的振动吸收模式、类苯环结构上C=C的伸缩振动模式、羧基中的C=O伸缩振动模式。说明GO层在制备过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Au纳米颗粒/GO膜多层复合SERS基底的制备方法，其特征在于，其步骤如下：（1）洁净的Si片上溅射镀Au膜；（2）所述Au膜上旋涂GO薄膜；（3）重复上述镀Au膜和旋涂GO薄膜步骤，制备多层Au/GO复合薄膜；（4）将步骤（3）所述样品于Ar气中退火，即可获得多层Au纳米颗粒/GO膜复合基底。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用离子束溅射镀Au膜，沉积速率为1 nm/s，沉积时间为30 s。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用GO溶液在所述Au膜上旋涂GO薄膜，其中，GO溶液使用Hummers法合成。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用G...

【专利技术属性】
技术研发人员：何辉，吴林峰，张翌辉，曹佳乐，夏鑫涛，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：