[发明专利]一种基于碳六元环结构的复合SERS基底及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于碳六元环结构的复合SERS基底及其制备方法和应用，是先将PAN溶液旋涂在硅片或硅纳米阵列模板上，烘干、揭膜，得到PAN薄膜或PAN有序阵列薄膜，再将PAN薄膜或PAN有序阵列薄膜加热碳化以形成碳六元环结构，最后修饰金或银纳米颗粒，即获得基于碳六元环结构的复合SERS基底。本发明制备的复合SERS基底，利用其碳六元环结构的p‑π、π‑π共轭效应实现各类有机物在其表面的吸附，达到有机物高效富集的作用，显著降低了有机污染物的检测极限，可实现对痕量有机污染物的高效、快速检测。

技术领域

本发明属于表面增强拉曼光谱检测技术领域，具体涉及一种基于碳六元环结构的复合SERS基底及其制备方法和应用。

背景技术

表面增强拉曼光谱检测技术近年来发展迅速，它响应速度快、灵敏度高、具有指纹效应，现已被广泛应用于样品分析、医学检测和环境保护等领域。其原理是当两个或多个贵金属纳米粒子相距很近(10nm以下)时，相邻纳米粒子之间会发生等离子耦合效应，它们的间隙处可以产生强大的局域电场，形成SERS“热点”(hot spot)。当探针分子进入SERS“热点”时，分子的拉曼信号可以放大数百万倍，实现高灵敏检测。

然而，用表面增强拉曼光谱检测有机污染物仍然存在许多挑战，大多数有机物分子不易与SERS基底结合，基底表面只能附着极少量的分子，这会使基底产生的SERS信号大幅降低。因此，需要开发一种可以吸附有机物分子的SERS基底来解决上述问题。碳六元环可产生p-π、π-π共轭效应，对有机物具有良好的吸附作用。例如，Chen等通过在还原氧化石墨烯(RGO)上原位形成金纳米粒子制备了SERS基底，RGO作为多孔碳材料可以选择性地吸附和富集有机分子，并且在RGO上良好分散的金纳米粒子使SERS基底能够有效检测吸附的有机物(ChenY,ZhangY,Fei P,et al，Journal ofBiomedical Nanotechnology,2018,10(9):8169)。Shu等以1,4-二乙酰苯(DAB)和对苯二甲酸(TA)为原料合成亚纳米多孔碳膜，在体系中加入胶体银颗粒，完成了多种染料的SERS检测(Shu Z,Liu Z,Cao H，Chemistry–AnAsianJournal,2020,15(19):2992-2995)。然而这些基底并非标准化制备，可重复性较低，无法实现大规模应用。

综上所述，目前仍未实现大规模应用的检测低浓度有机污染物SERS基底的制备和应用。

发明内容

为解决传统SERS基底难以吸附和检测低浓度有机物且重复性较差的问题，本发明提供一种基于碳六元环结构的复合SERS基底的制备方法，以实现低浓度有机污染物的标准化检测，并具有良好的可重复性。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

一种基于碳六元环结构的复合SERS基底的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将PAN粉末加入到DMF中，60℃水浴加热至PAN粉末完全溶解，获得质量浓度为8％的PAN溶液。将所述PAN溶液旋涂在硅片或硅纳米阵列模板上，放在60℃烘箱中加热烘干2小时，待自然冷却至室温后揭膜，得到PAN薄膜或PAN有序阵列薄膜。

步骤2、将所述PAN薄膜或PAN有序阵列薄膜加热碳化，形成碳六元环结构，获得碳化膜；所述加热碳化为低温碳化或高温碳化；

所述低温碳化的方法为：将所述PAN薄膜或PAN有序阵列薄膜放入马弗炉中，在空气氛围下，以5℃/min的升温速率从室温加热到270℃，恒温2小时，在氧气的作用下PAN形成含氮的碳六元环结构，获得碳化膜，该结构对含氮有机物有良好的吸附作用；