[发明专利]一种光驱动热电纳米发电机及其制备与其在SERS原位检测催化中的应用

说明书

本发明涉及一种光驱动热电纳米发电机及其制备与其在SERS原位检测催化中的应用，属于三维拉曼增强(SERS)基底领域，制备的等离激元结构耦合热电材料结合了石墨烯、银纳米线及聚偏氟乙烯，解决了其他纳米发电机作为SERS基底的不足，有效的综合了热电效应和等离激元效应，因此可获得更高强度，更加稳定的SERS信号，同时证明了在热电效应下等离激元层热电荷密度提高；而且该热电纳米发电机作为SERS基底容易操作，稳定地实现对催化过程的监测；关键点在于这是第一次实现基于光驱动热电纳米发电机作为SERS基底原位监测催化反应。

技术领域

本发明涉及一种光驱动热电纳米发电机及制备方法，更具体的说，涉及一种基于等离激元结构耦合热电材料复合型热电纳米发电机作为表面增强拉曼基底及制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

纳米发电机作为绿色能源收获和转换技术已经引起了科研人员的广泛关注。对于经典的压电和摩擦电纳米发电机都需要施加外部应力，该应力会引起对齐的偶极矩并产生电势，即内部电场。研究表明，电场可以促进光生电子和空穴对的有效分离，提高热电荷浓度，具有促进光催化反应和提高表面增强拉曼散射(SERS)强度的能力。SERS已经实现了对生化分子指纹信息的超灵敏和非特异性检测，在生物传感，食品安全，环境监测和疾病诊断等领域具有广泛的应用。

但发明人发现：目前使用机械变形产生压电和摩擦电势将导致样品的大振动，并经常在原位SERS检测过程中影响激光聚焦。因此，输出不稳定的机械能通常会引起不均匀的电信号。所有这些与机械变形有关的方法都难以满足均一和稳定SERS信号的实际需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无振动的光驱动热电纳米发电机制备方法。本发明操作简单、成本低，可实现批量化制备，通过改善表面等离子激元结构表面电荷密度，获得的纳米发电机作为SERS基底提高了催化效率，实现了氧还原催化过程的原位检测。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种光驱动热电纳米发电机的制备方法，包括：

在极化后的聚偏氟乙烯薄膜基底上旋涂银纳米线溶液，形成银纳米线层；

在银纳米线层表面上采用无支撑层转移法转移石墨烯层，得到等离激元结构耦合热电材料复合型SERS基底。

本发明的等离激元结构耦合热电材料结合了石墨烯、银纳米线及聚偏氟乙烯，可充分发挥三者的优势：由于其高介电常数和低介电损耗，在光照下，聚偏氟乙烯薄膜可以将吸收光热引起的瞬态极化转换为热电势能。石墨烯和银纳米线的等离激元结构具有陷光效应，能够有效地促进吸收光热量，传递给聚偏氟乙烯薄膜，引起热电效应。等离激元结构可以作为电极，在静电感应和热电效应下，能够收集热电荷。等离激元结构在激光激发下通过局域表面等离激元效应能够进一步促进电子和空穴对分离得到热电荷。因此，本发明相比较其他结构，具有诸多的独特的优势。

本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的光驱动热电纳米发电机。

本发明提供的等离激元结构耦合热电材料作为SERS基底，解决了其他纳米发电机作为SERS基底的不足，有效的综合了热电效应和等离激元效应，因此可获得更高强度，更加稳定的SERS信号，同时证明了在热电效应下等离激元层热电荷密度提高；而且该热电纳米发电机作为SERS基底容易操作，稳定地实现对催化过程的监测；关键点在于这是第一次实现基于光驱动热电纳米发电机作为SERS基底原位监测催化反应。

本发明的第三个方面，提供了上述的光驱动热电纳米发电机在SERS原位检测催化中的应用。