[发明专利]一种激光原位合成的二氧化钛-金属复合基底及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种激光原位合成的二氧化钛‑金属复合基底及其制备方法与应用，属于检测分析技术领域。本发明使用TiOsubgt;2/subgt;半导体材料与金属纳米颗粒，一步法合成二氧化钛‑金属复合纳米材料，采用激光直写的方法制备SERS基底。本发明的制备方法具有合成快捷、高效和金属纳米颗粒尺寸高度可控的特点。且本发明的制备工艺独特而简单易行，便于生产。

技术领域

本发明属于检测分析技术领域，尤其涉及一种激光原位合成的二氧化钛-金属复合基底及其制备方法与应用。

背景技术

拉曼光谱是一种可以用于分子尺度上化学、物理和生物表面界面上吸附分子的检测方法，然而，传统拉曼光谱因其固有的低效散射过程导致的低灵敏度而受到局限。表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有检测灵敏度，能提供分子级振动指纹光谱以及散射分子数成正相关的拉曼信号等特点，克服了传统拉曼的缺点，大大提高拉曼检测灵敏度，在某些情况下可以扩展到单个分子检测水平，在环境监测、食品安全、公共安全和生物医学研究中得到了广泛的应用。SERS检测技术的核心和关键是高敏感性和高可靠性基底的制造，基底的表面形貌和结构决定了拉曼信号的产生和强度。近年来，贵金属(Ag和Au)周期性纳米结构常用作SERS基底的制备，其SERS活性是由金属纳米材料界面处自然形成的小间隙可以聚光并产生增强的电磁场。如果目标分子被吸附，在相邻的纳米粒子表面上会形成“热点区域”，便会增加拉曼信号使目标物质更容易被识别。但是，纳米贵金属材料成本高，因此越来越多的人聚焦于半导体材料如ZnO、TiO₂、SnO₂等。TiO₂(带隙宽度为3.0eV-3.2eV)因其独特的光学性质以及化学稳定性等，在传感、电荷储存材料、太阳能电池等领域有着广泛的应用。然而半导体纳米材料对于SERS增强效果有限，远低于贵金属的拉曼增强效果，通过将半导体二氧化钛纳米线与银/铜纳米颗粒复合，TiO₂纳米线“捕获”待检测分子到银纳米颗粒或者铜纳米颗粒表面近场区域，解决部分分子在银表面难吸附和SERS检测时的限域问题，提高检测信号可靠性。因此半导体-贵金属纳米复合材料成为现在研究的热点。

因此，如何利用激光直写制备一种用于表面增强拉曼的TiO₂-Ag/Cu复合基底是本领域技术人员亟需解决的问题。

目前，现有的制备半导体材料的方法多为水热法、微波法、葡萄糖还原法等，但是这些方法需要繁琐的步骤，耗时，而且成本较高。激光直写是一种通过激光束与目标的相互作用来完成结构化的技术，激光直写技术作用机理是利用激光诱导光-热作用和等离子激元效应，不仅可以实现离子油墨的还原，还可以实现纳米粒子之间的连接和组装。目前，激光直写已被成功应用于各种银/铜基微纳米结构的制备中，例如导电银/铜微结构、纳米铜氧化物、铜/氧化物复合结构、铜/碳复合结构等。然而目前的技术步骤繁琐耗，往往需要先合成Ag和CuO，然后负载到TiO₂上，难以控制Ag和CuO的尺寸。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光原位合成的二氧化钛-金属复合基底及其制备方法与应用，本发明的方法具体为一种激光原位合成TiO₂-Ag/Cu表面增强拉曼复合基底的方法。本发明采用激光直写的方法，在TiO₂纳米线表面原位合成了尺寸可控的Ag纳米颗粒和Cu纳米颗粒，制备了TiO₂-Ag复合纳米材料和TiO₂-Cu复合纳米材料，可用于制备SERS基底，具有合成快捷、高效和Ag/Cu纳米颗粒尺寸高度可控的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种激光原位合成二氧化钛-金属复合基底的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化钛纳米线分散液涂覆在基板上，干燥，得到二氧化钛纳米线薄膜；

(2)将金属离子的前驱体溶液均匀涂覆在二氧化钛纳米线薄膜上，干燥，进行激光直写，得到所述二氧化钛-金属复合基底。