[发明专利]一种基于电化学粗化的纳米金薄膜SERS基底制备方法

说明书

本发明涉及一种基于电化学粗化的纳米金薄膜SERS基底制备方法，采用电位阶跃技术制备粗糙化纳米金薄膜，实现拉曼信号的增强，通过控制氧化脉冲电位、氧化还原循环次数及金薄膜厚度，实现对粗化基底微观形貌结构的调控，从而实现对SERS检测效果的调控。本发明通过简便、快速、成本低的方法来制备高性能的SERS基底，从而实现超灵敏SERS检测。

技术领域

本发明涉及一种基于电化学粗化的纳米金薄膜SERS基底制备方法。

背景技术

近年来，随着水污染的日益严重，环境水中污染物的数量和种类也在不断增加。高毒性的有机物(如染料、酚类、杀虫剂等)是水环境中常见的污染物，往往会对人类健康和生态环境造成严重威胁。罗丹明6G是一种常见的工业染色燃料，会引致皮下组织生肉瘤甚至癌变。酚类化合物对于人体及其他生物的毒性较大,作为一种重要的有机化工原料和中间体，在农业、染料、香料、橡胶、医药、感光材料等领域具有广泛的应用。酚类化合物与皮肤接触或吸入和经口而侵入人体后，会与细胞原浆中蛋白质接触时发生化学反应，而使细胞失去活力；浓酚液能使蛋白质凝固，甚至能继续向深部组织渗透，引起深部组织损伤坏死，并被吸收而引起全身中毒。吸入高浓度的酚蒸气，可引起中枢神经系统障碍，经常暴露在酚浓度较低的空气中，也能引起皮炎，能使皮肤变黄褐色。因此，染料(如罗丹明)、酚类等有机污染物的检测一直是环境保护领域的一个重要问题。

表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy，SERS)，是一种表面敏感检测技术，其检测灵敏度达到了单分子水平，该技术已经广泛应用于超灵敏的化学和生物分析领域。SERS效应主要来源于电磁场增强，而电磁场增强主要是局部表面等离子体在基底金属表面发生集体共振。近几年来，SERS研究的材料集中在Ag，Au，Cu和Ni，因为它们具有合适的介电常数和强表面等离子体带。众所周知，纳米结构银对SERS检测显示出最强的增强效果，但是银表面在空气/溶液中极易氧化/变性。相对而言，金具有良好的稳定性，并且在可见光区域有很强表面等离子体带。因此，金结构的SERS基底无疑成为一种潜在的替代材料。

据报道，Au纳米颗粒具有规则的纳米多孔结构和大的比表面积，由于基底热点的增加，可以有效地提高SERS信号的灵敏度。在过去几十年中，已经报道了各种以金纳米结构为基底的SERS检测案例，1)通过直流磁控溅射技术在蜻蜓翼阵列表面上制作不同尺寸的Au纳米的岛蜻蜓翼由金子nanoislands装饰；2)通过全飞秒激光微机械加工3D玻璃微流体SERS芯片基底；3)用电化学替代反应作为还原金属前体的基本机理。通过开路电位-时间实验进一步研究了Au在导电玻璃上形成纳米多孔氧化铝层；4)单链DNA修饰金纳米粒子和金纳米棒异质组装(diameter＝20+-3nm)；5)通过纳米多孔金/聚合物基底(NPG/PS)复合材料的热收缩制备起皱的纳米多孔金膜；6)通过电泳沉积在纳米多孔阳极氧化铝模板内制备了0D量子点的分级多孔1D纳米管结构，将零维功能量子点在1D纳米管阵列中的有序组装，形成石墨烯量子点(G量子点)，等等。但是其中SERS基底制备过程繁琐耗时、成本高、检测灵敏度不高甚至是有损伤检测，因此，急需开发一种快速、简便、高灵敏且无损伤SERS基底。

发明内容

针对这些问题，本发明提出了一种利用电化学粗化技术来制备纳米材料制备方法，采用电位阶跃技术制备粗糙化纳米金薄膜，实现拉曼信号的增强。本发明实现了快速、简便、低成本、高效且超灵敏检测，并且可以为有机物的检测提供优异的SERS平台。

具体的，本发明提供的一种基于电化学粗化的纳米金薄膜SERS基底制备方法，包括如下步骤：

步骤1、清洗吸附在Si晶片的杂质：

将覆有300nm厚SiO₂的Si晶片切割为(1～2)cm×(1～2)cm的尺寸，然后依次用丙酮，乙醇和超纯水超声以20KHz频率清洗Si晶片各20分钟，之后将清洗干净的Si晶片在真空烘箱中在室温下干燥；

步骤2、修饰Cr底层于Si晶片：