[发明专利]基于MXene的SERS薄膜基底的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于MXene的SERS薄膜基底制备方法及应用，涉及表面增强拉曼散射光谱技术领域，本发明所述的方法包括使用氟化锂‑盐酸为刻蚀分层剂选择性刻蚀掉前驱体MAX材料中的Al原子层，所获得的双过渡金属碳化物二维层状材料用去离子水将其反复清洗、离心；然后将其在去离子水中分散，摇晃，再离心抽滤；得到新型的自支撑SERS薄膜基底。本发明所用的制备方法操作简单，成本低廉，具有灵敏度高，拉曼增强效果好，可重现性高等优点，可应用于环境、食品安全、生物标志物等领域的痕量检测，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼散射光谱技术领域，尤其涉及一种基于MXene的SERS薄膜基底的制备方法及应用。

技术背景

拉曼散射光谱是基于印度科学家Chandrasekhara Venkata Raman于1928年所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析研究分子振动、转动方面信息，得到分子结构的一种检测分析技术。然而，拉曼散射截面较小并且在检测具有强荧光背底的材料过程中，产生的拉曼信号容易被荧光淹没；另外，在痕量检测方面的低灵敏度缺陷，制约了拉曼散射的应用。

直到20世纪70年代中期，Fleischmann、VanDuyne和Creighton分别领导的3个研究组分别观测和确认了表面增强拉曼现象，通过计算，这种在粗糙银电极表面的吡啶分子的拉曼信号是其水溶液的10⁶倍。将这一崭新的现象称为表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)。后来陆续发展了主要以金、银、铜作为SERS基底，克服了散射截面小的问题，可以成数量级地放大拉曼散射信号，在物理学、化学、医学和生物学等领域得到了广泛的关注。然而这些贵金属材料不仅制备工艺复杂，而且价格昂贵，因此寻找一种价格低廉、易于制备、拉曼增强效果好和重现性高的SERS基底材料是决定SERS技术能否得到广泛应用的关键。

自2011年美国德雷塞尔大学Yury Gogotsi课题组首次制备出一种二维层状过渡金属碳化物Ti₃C₂ MXene以来，这类兼具高电子电导率和亲水性的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，即MXenes，正处于较高水平的快速发展中，并且在储能，催化、传感、电磁屏蔽等领域被广泛研究。MXene因其优异的电子转移能力和吸附能力，并且在可见光区具有局域表面等离子体共振效应，赋予其在SERS领域很好的应用前景。现有技术往往将制备的典型的Ti₃C₂ MXene自支撑层状材料作为SERS基底，但其拉曼增强效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于双过渡金属碳化物MXene自支撑层状材料的制备方法及其作为SERS基底的应用。本发明的MXene自支撑膜作为SERS基底，具有灵敏度高，拉曼增强效果好，可重现性高等优点。

本发明使用氟化锂-盐酸为刻蚀分层剂选择性刻蚀掉前驱体MAX材料中的Al原子层，获得双过渡金属碳化物二维层状材料MXene，以二维层状材料MXene组装成自支撑膜，并以此作为SERS基底进行染料分子的检测。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于MXene的SERS薄膜基底的制备方法，其特征在于，所述制备方法将氟化锂-盐酸作为刻蚀分层剂，选择性刻蚀掉前驱体MAX材料中的Al原子层，将刻蚀后获得的双过渡金属碳化物二维层状材料用去离子水将其反复清洗、离心，随后将其在去离子水中分散，摇晃，再离心抽滤，得到SERS薄膜基底。

进一步的，所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤1：将TiVAlC粉末作为前驱体MAX材料加入到氟化锂-稀盐酸的混合溶液中，随后置于35～40℃下进行恒温刻蚀从而得到悬浊液，刻蚀过程中采用磁力搅拌的方式保证TiVAlC粉末充分刻蚀；

步骤2：用去离子水稀释刻蚀后得到的悬浊液，随后用离心机以3500～5000rpm/min离心分离获得沉淀物，重复几次，直至离心后的上清液pH在6～7；