[发明专利]一种限域共组装策略构筑可调控贵金属纳米孔穴等离子阵列的新型制备方法

说明书

本发明公开一种限域共组装策略构筑可调控贵金属纳米孔穴等离子阵列的新型制备方法。采用表面改性的多孔氧化铝模板与具有等离子活性的形貌均一、尺寸可控的十六烷基三甲基氯化铵表面活性剂包覆的准球型金纳米颗粒界面限域共组装，通过将纳米颗粒表面官能团CTAX替换成具有双亲基团的聚乙烯吡咯烷酮与表面改性的氧化铝(AAO)阵列模板界面组装，得到形貌可控的周期性好的AAO@M等离子纳米光腔，可作为高效的SERS基底，并通过结构调控实现SERS活性的有效优化。该方法控制反应条件可制备不同形貌、耦合间距可调控的金等离子纳米光腔，从而得到高效的SERS基底。该基底具有重复性好、形貌可控、稳定性好、合成方法简单的特点。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种限域共组装策略构筑可调控贵金属纳米孔穴等离子阵列的新型制备方法。

背景技术

新型SERS基底材料的构筑是该领域研究热点，旨在从构筑更多的SERS“热点”出发，设计具有更高检测灵敏性及多功能、灵活应用优势的新型基底。然而，现阶段的SERS器件一般为开放式SERS活性基底，用其进行SERS检测的结果一致性差，且相关测试过程耗时长、易受外界干扰。另一方面，SERS活性基底所普遍采用的传统制备方法难以具备高一致性的批量加工能力。不同制备技术获得的不同活性衬底各有优点，但又都不同程度的存在着一些缺点，如表面粗糙度不均一、实验装置昂贵、容易受杂质离子的干扰，或者很难控制纳米粒子的尺寸和稳定性等。三维周期性SERS阵列结构能够平衡可复制性和增强能力，这种SERS衬底不仅存在大量的纳米间隙，更加容易诱导局域光子态密度的增加，构筑更多空间“热点”，增强SERS活性。最重要的是，阵列体系的周期性，能够提供高的信号可重复性和可信度，可以确保整个衬底上的SERS活性的均匀性，是解决SERS衬底应用局限性的重要手段。

利用模板制备高度有序的SERS活性基底引起研究人员极大研究兴趣，这种胶体模板结构的基底同时具有极佳的重复性和稳定性，通过控制固体基底表面纳米球的形貌、尺寸、取向等参数，可以将影响SERS活性的复杂变量实现有效控制，并获得较高的SERS活性。由于氧化铝(AAO)具有高度有序性和模板尺寸可调控性等优点，在过去的十多年中，AAO模板一直被广泛用于制备一维纳米结构，比如无机纳米线/纳米管阵列以及有机纳米线/纳米管阵列，这些纳米线/纳米管阵列一般可利用AAO通过电化学沉积和化学气相沉积等方法制备，而且它们的大小和间距均可由AAO的大小和中心距来控制。但这种传统的阳极氧化铝模板不适用于零维纳米颗粒阵列的制备及多级结构的复合，所以这就大大地限制了它在零维纳米材料制备及薄膜多功能器件方面的应用。

基于以上研究现状，本发明采用具有可调控多孔结构的AAO阵列作为模板，结合表面改性、界面限域共组装实现等离子纳米光腔阵列的可控制备，获得均匀的贵金属纳米颗粒有序沉积的三维SERS多孔阵列，并通过反复沉积技术实现阵列结构优化及有效调控。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种限域共组装策略构筑可调控贵金属纳米孔穴等离子阵列的新型制备方法，通过采用不同形貌及尺寸的多孔氧化铝AAO为模板，同时结合表面分子改性、界面限域超组装技术构筑长程有序的等离子纳米光腔阵列，形成热点可控的高灵敏性SERS基底。该方法控制反应条件可制备不同形貌、耦合间距可调控的金等离子纳米光腔，从而得到高效的SERS基底。该基底具有重复性好、形貌可控、稳定性好、合成方法简单的特点。

在本发明的技术方案中，采用表面改性的多孔AAO模板与具有等离子活性的形貌均一、尺寸可控的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)表面活性剂包覆的准球型金纳米颗粒为例实现界面限域共组装，通过将纳米颗粒表面官能团CTAX替换成具有双亲基团的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与表面改性的AAO阵列模板界面组装，得到形貌可控的周期性好的AAO@M等离子纳米光腔，可作为高效的SERS基底，并通过结构调控实现了SERS活性的有效优化。

为实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：

一种限域共组装策略构筑可调控贵金属纳米孔穴等离子阵列的制备方法，包括以下步骤：