[发明专利]表面增强拉曼散射活性的纳米多孔金属基底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光拉曼光谱检测技术领域，涉及一种具有表面增强拉曼散射活性，而且稳定性好，适于长期保存的纳米多孔金属基底及其制备方法。

背景技术

作为分析分子振动光谱的常用方法，激光拉曼技术已经被广泛应用于矿物、宝石、药品、食品添加剂、化学试剂检测，鉴别物质的分子结构、分析表面结合状态等领域。然而拉曼散射效应信号往往非常弱，当被测分子的浓度较小，或对表面吸附物质进行探测时，常规激光拉曼方法就显得力不从心，需要借助辅助增强的手段。

表面增强拉曼散射(SERS)就是一种拉曼增强效应。当具有共振拉曼效应的分子吸附在具有粗糙表面的银、金或铜的表面时，分子拉曼信号被增强，这种现象被称为表面增强拉曼散射效应。自上世纪七十年代被发现以来，表面增强拉曼散射效应作为一种高灵敏的表面分析探测技术在表面科学、生物科学等领域得到了广泛研究，在催化作用、电化学、生物传感以及腐蚀等方面均有着广阔的应用前景。

制备具有高表面增强效应，好的重现性和稳定性的增强基底是应用表面增强拉曼散射效应的前提。常用的制备增强基底的方法，一种是利用化学或电化学方法使金属电极表面粗糙化，得到具有高比表面积的粗糙表面；另一种常用方法是制备具有纳米尺度的金属溶胶，将负载有金属溶胶颗粒的基片作为增强基底。目前应用最多的增强基底是银或金的溶胶颗粒，具有很强的表面增强效应，但是这种方法得到的基底也存在信号重现性、稳定性较差，存放时间较短，制备较为复杂，成本较高等缺点。近年来，人们不断开发了一些新型增强基底材料，如过渡金属基底、半导体材料基底、多孔材料基底等，增大了表面增强拉曼效应的应用范围。

发明内容

本发明提出一种利用模板电沉积技术制备具有表面增强拉曼散射活性的纳米多孔金属基底的方法。

本发明提出的一种纳米多孔金属基底，其特征在于：所述金属基底是沉积在导电基片上的具有三维无规则通孔结构的多孔金属镀层，所述纳米多孔金属为铜或镍。

在上述的金属基底中，所述多孔金属镀层的孔洞为球形，直径为80～500纳米。

在上述的金属基底中，多孔金属镀层的孔洞内壁具有微细颗粒状突起结构，颗粒突起的尺寸为5～20纳米。

本发明提出的一种制备纳米多孔金属基底的方法，其特征在于：所述方法利用模板法制备纳米多孔金属基底，其主要步骤如下：

(1)球形胶体颗粒的悬浮分散；

(2)模板的制备与热处理；

(3)电沉积在模板层中填充金属；

(4)去除模板得到纳米多孔金属基底。

在上述的方法中，步骤1所述的球形胶体颗粒的悬浮分散，是用均匀沉淀法将尺寸在80～500纳米的球形磷酸镍胶体颗粒在乙醇中超声分散为稳定的悬浮液。

在上述的方法中，步骤2所述的模板的制备与热处理是用电泳沉积方法或倾斜液面自组装方法在导电基片上得到沉积层，并在空气干燥和热处理。

在上述的方法中，所述电泳沉积方法，是在胶体颗粒的乙醇悬浮液中以石墨电极为阳极，导电基片为阴极，施加直流电压在导电基片上得到胶体颗粒沉积膜层，再将导电基片连同沉积膜层在空气中干燥并在150～300℃下进行热处理，得到模板。

在上述的方法中，所述倾斜液面自组装法，是将洁净的导电基片倾斜置于胶体颗粒的乙醇悬浮液中，导电面斜向上，与液面夹角40～50度，在50～60℃下将乙醇溶剂蒸干，在导电基片上得到沉积膜层，将导电基片连同沉积膜层在空气中干燥，并在150～300℃下进行热处理，得到模板。

在上述的方法中，步骤3所述电沉积在模板层中填充金属，是将热处理后的模板连同基片置入铜或镍的电镀溶液中作为阴极，利用电沉积方法将金属填充入模板层的空隙中。

在上述的方法中，步骤4所述去除模板，是将填充金属的模板连同基片放入酸溶液或者硫酸铵溶液中，将磷酸镍颗粒模板溶解去除，得到纳米多孔金属基底。

本发明提供的制备方法，成本较低，操作控制简便。用本发明得到的表面增强拉曼散射金属基底具有增强效应明显，可重复性高，基底稳定性好等特点，在空气中可保存两个月以上，真空保存可以延长其使用期限。

附图说明

图1为本发明的多孔纳米金属铜镀层的SEM截面形貌图。

图2为本发明的多孔纳米金属铜的高放大倍数SEM形貌，照片显示球形孔洞内壁具有颗粒状突起。