[发明专利]一种复合结构半导体纳米粒子、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种复合结构半导体纳米粒子、其制备方法及其在表面增强拉曼光谱(SERS)中的应用。具体地，本发明所述复合结构半导体纳米粒子具有核壳结构，其中，所述复合结构半导体纳米粒子的壳包括半导体材料I；所述半导体材料I具有非晶态结构；所述复合结构半导体纳米粒子的核包括半导体材料II；所述半导体材料II具有晶体结构。本发明还公开了所述复合结构半导体纳米粒子的制备方法及其在SERS中应用。将所述复合半导体纳米粒子应用于SERS基底过程中，不但可以获得比纯晶体或者纯非晶结构更高的SERS灵敏度，而且可以实现对分析物的快速、准确检测，也可以对分析物浓度进行实时可视化监测。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种具有复合结构的半导体纳米粒子，所述复合结构的半导体纳米粒子的制备方法及其在表面增强拉曼光谱(SERS)领域的应用。

背景技术

随着纳米材料科学与技术在材料领域取得巨大进步，各种依赖于纳米材料科学的应用技术也随之高速发展。众所周知，纳米材料的尺寸和形貌对其自身的物理化学性质具有重要的影响。因此，通过合成方法制备出具有不同形貌的新颖纳米材料，进而改善和提高材料对应的光、热、电学性能，一直是研究者们关注的热点。近年来，无机非金属纳米材料因其独特的性质，在光学领域中显示出巨大的应用潜力，如SERS领域。

通过不同的化学方法和技术可以合成出具有不同晶态不同形貌的半导体纳米材料，应用于SERS领域，半导体材料由于其在SERS领域独特的优势，如生物兼容性好、对探测物有选择性增强性能以及光谱稳定性好等特点引起了研究者的广泛兴趣。但是半导体纳米材料作为SERS基底有一个最大的缺点，就是其产生的增强因子较弱，严重制约了半导体材料在SERS领域的应用与发展。因此很多方法策略被提出以提高半导体材料的SERS的增强因子。比如对于晶体半导体材料而言，通过表面掺杂缺陷态的方法，有效提高了晶体半导体材料的增强因子。近年来，通过非晶化的手段，非晶半导体材料表面对电子较弱的束缚力，有助于提升非晶半导体材料与目标探测物的光致电荷转移转移效应，从而实现高增强因子。既然晶体和非晶体半导体材料在SERS领域都有独特的优势，那么如何实现对共具有非晶体-晶体半导体纳米材料的简便合成以及应用于SERS，仍是一个巨大挑战。

综上所述，本领域急需开发一种工艺简单、设备简化且安全可行的制备非晶-晶体结构半导体纳米粒子应用于SERS领域的方法。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种复合结构半导体纳米粒子，其特征在于，所述复合结构半导体纳米粒子具有核壳结构；

其中，所述复合结构半导体纳米粒子的壳包括半导体材料I；所述半导体材料I具有非晶态结构；

所述复合结构半导体纳米粒子的核包括半导体材料II；所述半导体材料II具有晶体结构。

可选地，所述半导体材料I选自过渡金属M氧化物的非晶态材料。

可选地，所述半导体材料II选自过渡金属M氧化物的晶体材料。

可选地，所述过渡金属M独立地选自铁、锰、钛、钆、锌、钴、铜、镍、铬中的至少一种。

可选地，所述半导体材料II选自Fe₃O₄、Mn₃O₄、TiO₂、γ-Fe₂O₃、Gd₂O₃、ZnO、CoO、Cu₂O、NiO、Cr₂O₃中的至少一种。

可选地，所述半导体材料I为非晶态的氧化钛，所述半导体材料II选自金红石型TiO₂、锐钛矿型TiO₂中的至少一种。

可选地，所述复合结构半导体纳米粒子中的至少一部分为：所述半导体材料II被完全包覆在半导体材料I内。