[发明专利]基于二维碳化钛纳米片的化合物的拉曼测试方法

说明书

本发明公开了基于二维碳化钛纳米片的化合物的拉曼测试方法，将Ti₃AlC₂粉末加入有机碱水溶液中，搅拌后离心，得到Ti₃C₂纳米片；然后将Ti₃C₂纳米片分散在水中形成胶体溶液；然后将胶体溶液滴在非金属载体上，得到拉曼测试基底，再将化合物溶液滴在拉曼测试基底上，完成化合物的拉曼测试。本发明通过使用原位修饰的含铝氧阴离子的碳化钛纳米片作为拉曼测试的活性载体，实现了异常灵敏但非选择性的增强。此外，修饰的碳化钛的SERS效果适用于各种不同的分析物分子，包括有机染料和微量有害化合物。本发明成功证明了通过调控表面改善SERS效应的可行性，为二维材料在SERS中的应用引入了一个新窗口。

技术领域

本发明属于拉曼测试技术，具体涉及基于二维碳化钛纳米片的化合物的拉曼测试方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种强大的无创振动光谱技术，可提供拉曼强度数量级的增强，它将拉曼特征的特异性与高灵敏度相结合，即使数量级少的分子也可以确定其化学特性和结构信息。SERS的成功在很大程度上取决于选择合适的增强基质。现有SERS活性基底主要由两种主要类型的材料构成，包括具有粗糙表面的Au、Ag和Cu金属，或者具有非化学计量或非晶特征的纳米结构半导体。金属基板的关键贡献是电磁增强，金属高度弯曲或有间隙的区域通过局部表面等离子体共振效应产生所谓的热点或大大增强局部电磁场。另外，基于分子和基板之间的电荷转移的化学增强也有助于拉曼增强，其中涉及分子的极化率和拉曼散射截面的增加。贵金属SERS基板上的SERS信号主要来自前一种电磁机制，具有高增强的优点，导致低的检测限；然而，除了高成本考虑之外，增强通常是不均匀的并且需要复杂的纳米结构。大多数半导体衬底采用化学增强机制来实现拉曼信号增强，这可以有效地调节不均匀性和成本问题，但是一些关键的性能参数仍远远不能令人满意。基于化学机制的SERS信号通常较低，大多数半导体基板的检测限在10^-3-10^-7 M，比复杂的贵金属基板获得的检测限更高，这限制了材料作为灵敏的表面增强基板的应用。此外，两种情况都遇到同样的问题，即只能在选定的点检测到高灵敏度，因此严重缺乏检测均匀性和再现性。因此，必须进一步提高半导体增强材料的SERS灵敏度和均匀性。

SERS分析的另一个重要问题涉及在SERS测量中保留分析物分子的天然结构和构象的可能性。分析物分子与许多传统的基于半导体或贵金属的SERS基底表面的相互作用经常扰乱它们的天然结构或构象。例如，Ag基底上的自由基卟啉会通过将Ag原子从表面结合到卟啉大环中而进行金属化，这肯定会导致某些指纹信息的消失和杂散信号的干扰。有时甚至当分析物结构不被表面相互作用改变时，拉曼光谱也会被改变，因为分子和/或电子排列的对称性可能在表面受到干扰甚至破坏，在这种情况下，特定拉曼谱带的强度取决于关于分子相对于基板表面的取向。解决该问题的一种解决方案在于在基板表面和分析物之间引入分子间隔物，从而保持适当的距离，同时仍然允许SERS效应。然而，众所周知，SERS效应对距离非常敏感，并且有时分析物和增强基质之间的相互作用会在一定程度上减弱，从而导致性能下降。因此，期望设计一种分子在基底表面并且维持分子的内在结构和构向的增强基底，但是极具挑战性。

发明内容

本发明公开了表面原位修饰铝（Al）氧阴离子的Ti₃C₂作为拉曼测试基底，获得了高灵敏度，能够在非常稀释的浓度下进行分子检测直至pM水平，同时保持了固有的指纹信息特征，基底与分析物有着强烈但非选择性的相互作用；本发明的拉曼基底对一系列分析物分子包括有机染料，亚甲基蓝（MB）、罗丹明6G（R6G）、亮绿（BG）、甲基绿（MG）、结晶紫（CV）、尼罗蓝（ NB），以及日常生活中的有害化学物质，苏丹III、邻二氮菲（PHEN）、对氨基苯甲酸（PABA）和4-巯基苯甲酸（4-MBA）等都可以在低浓度检测出；本发明首次公开的新的拉曼基底成功突出了表面对SERS效应的重要性，并提供了一种调整SERS行为的新策略。

本发明采用如下技术方案：