[发明专利]一种磁性Au-MOF材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及铀检测技术领域，具体涉及一种磁性Au‑MOF材料及其制备方法和应用，所述磁性Au‑MOF材料，为壳核结构，以磁性铁氧化物为材料核层，表面依次包覆金增强层以及MOF吸附层；本发明通过以磁性的铁氧化物材料为核，金为SERS增强层，MOF为铀吸附层的“核‑壳”结构纳米粒子，因其兼有超顺磁性、易于分离以及金表面易于修饰的特点，成为了SERS活性基底的一项新的选择。

技术领域

本发明涉及铀检测技术领域，具体涉及一种磁性Au-MOF材料及其制备方法和应用。

背景技术

铀是一种放射性元素，在核能和军事领域得到应用，然而其核废料会对人类健康及环境造成严重危害。在铀的所有价态中，铀酰是其中一种最稳定的存在形式并且引起了人们的极大关注。分析监测水体等介质中的铀含量对保护环境及提高人类生存质量具有重要意义。目前常用的铀检测方法有原子吸收光谱法、质谱法、离子色谱法、紫外可见分光光度法、中子活化分析法等。这些方法能准确检测低浓度的UO₂²⁺，但有些设备价格昂贵，检测过程冗长，需要复杂的样品前处理过程。其他检测方法，如表面增强拉曼散射(SERS)，因其成本效益高、灵敏度高、检测速度快、不需要复杂的预处理过程而受到了广泛的关注。

表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种无损、快速、超灵敏的分子检测技术手段，被广泛应用于分析、催化、传感等领域中。通常而言，分子需要靠近等离子体表面(5nm)才能使自身拉曼信号得到极大增强，分子一般是通过化学或物理作用吸附在金属纳米粒子基底(Au、Ag、Cu等)表面，由于其表面等离激元共振效应(SPR)使得在特定波长的激发光下能够得到良好的分子SERS信号。因此，亟需一种能够用作SERS检测铀的高活性基底，以实现铀酰在实际水样中的富集分离，同时实现了铀酰离子的SERS检测。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种磁性Au-MOF材料及其制备方法和应用；通过以磁性的铁氧化物材料为核，金为SERS增强层，MOF为铀吸附层的“核-壳”结构纳米粒子因其兼有超顺磁性、易于分离、以及金表面易于修饰的特点，成为了SERS活性基底的一项新的选择。

本发明的技术方案之一，一种磁性Au-MOF材料，为壳核结构，以磁性铁氧化物为材料核层，表面依次包覆金增强层以及MOF吸附层。

在复杂环境中金属纳米粒子的团聚是不可避免的，磁性卫星组件Fe₃O₄/SiO₂的应用不仅能有效防止金纳米粒子的团聚，Fe₃O₄/SiO₂球状结构表面金纳米粒子的排列能使金纳米粒子之间表现出更多的热点，减小金纳米粒子间的间距，从而增强SERS活性，产生强的电磁场增强。同时，由于一些目标检测物在环境样本中浓度很低，通过富集和分离才能实现对高灵敏度和选择性检测。Fe₃O₄/SiO₂材料具有超顺磁特性，可以实现材料的回收。磁性Au-MOF材料能够与环境中目标检测物特异性结合，并易于从复杂环境中富集分离，从而进行进一步的SERS检测。磁性Au-MOF材料兼具磁性，贵金属纳米粒子的等离子体特性，以及ZIF材料的吸附性能，是检测铀酰的一种良好的SERS基底。

由于Fe₃O₄颗粒本身具有较大的表面积和较高的表面能，且颗粒之间存在偶极相互作用，在分散液中易发生团聚和沉降。在Fe₃O₄外层包覆惰性材料SiO₂可提高颗粒的分散稳定性。由于SiO₂和金纳米粒子壳层均带负电，不利于金纳米粒子的修饰，因此利用PDDA强阳离子聚电解质，通过静电吸附作用将金纳米粒子修饰在磁性Fe₃O₄/SiO₂微球表面，制备卫星状磁性Au基底。