[发明专利]一种具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料及其制备方法和应用，该核壳纳米蘑菇材料由金纳米内核、包裹在金纳米内核表面的银纳米包覆层、包裹在银纳米包覆层表面的聚合物外层、位于聚合物外层表面的银壳层四部分组成，其中，金纳米内核为粒径为35～40纳米的金纳米颗粒，银纳米包覆层为厚度为2～10纳米的银纳米层，聚合物外层为厚度为5～10纳米的聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物层，银壳层为厚度为90～130纳米的蘑菇头状银纳米层；优点是其采用种子诱导法制备，具有多层贵金属金银纳米层，在外来激发光的作用下，它们产生的表面局域电磁场之间能够发生相互耦合作用，产生具有极高强度的SERS信号输出。

技术领域

本发明涉及材料工程及纳米技术领域，尤其是涉及一种具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料及其制备方法和应用。

背景技术

在过去二十年中，由于具有单分子级别的灵敏度，表面增强拉曼散射(SERS)技术已经发展成为生命保健、环境监测和食品安全等领域的高效分析检测手段。在各种SERS材料中，贵金属纳米材料的优势在于其表面等离子体共振(LSPR)能够诱导产生极强的局域电磁场，表现出优异的增强特性。在这些贵金属纳米材料中，金以其良好的化学稳定性及生物兼容性而备受人们关注。到目前为止，人们发展了多种制备技术已经合成了纳米棒、纳米立方体、纳米片和纳米海胆等形貌的金纳米颗粒等。通过改变这些金纳米材料的结构和形貌，人们可以有效地调节其表面等离子体共振特性。但是，单独的金纳米颗粒发出的SERS信号通常较弱，并且附着于金纳米颗粒表面的拉曼分子的稳定性常常受到配体解离或交换的损害。因此，银壳层被包裹于金纳米颗粒外以提高拉曼分子的稳定性和拉曼信号的输出强度。同时，要进一步获得极强的SERS信号输出，在纳米结构内构建小于10纳米的间隙是十分必要的。因此，采用先进的纳米制造技术制作新颖的具有纳米间隙的金银复合材料，以获得更好的SERS性能是当前检测领域的一个热门研究方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料及其制备方法和应用，其具有极高强度的SERS信号输出。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料，其特征在于：该核壳纳米蘑菇材料由金纳米内核、包裹在所述的金纳米内核表面的银纳米包覆层、包裹在所述的银纳米包覆层表面的聚合物外层、位于所述的聚合物外层表面的银壳层四部分组成，其中，所述的金纳米内核为粒径为35～40纳米的金纳米颗粒，所述的银纳米包覆层为厚度为2～10纳米的银纳米层，所述的聚合物外层为厚度为5～10纳米的聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物层，所述的银壳层为厚度为90～130纳米的蘑菇头状银纳米层。

上述的具有SERS活性的金/银/聚合物/银核壳纳米蘑菇材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：金纳米内核的制备：将氯金酸水溶液加热至90～120摄氏度，待温度稳定后边剧烈搅拌边加入柠檬酸钠水溶液，反应15～25分钟结束后，离心后收集沉淀，即得金纳米内核，其粒径为35～40纳米。

步骤二：金/银核壳纳米材料的制备：取步骤一制得的金纳米内核，于室温下边剧烈搅拌边快速加入由4-疏基苯甲酸和氢氧化钠溶于水制得的水溶液，静置1.5～2.5小时后，边剧烈搅拌边逐次加入水合肼水溶液和硝酸银水溶液，反应11～13小时结束后，离心后收集沉淀，即得金/银核壳纳米材料。

步骤三：金/银/聚合物核壳纳米材料的制备：将步骤二制得的金/银核壳纳米材料离心浓缩后，加入到含有分子2-二棕榈酰-sn-甘油基-3-乙基磷酸胆碱(钠盐)和聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物的由二甲基甲酰胺和去离子水组成的混合溶液中，并剧烈搅拌后于100～120摄氏度下加热1.5～2.5小时，之后缓慢降至室温，离心后收集沉淀，即得金/银/聚合物核壳纳米材料。