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镍银岛膜复合体系表面增拉曼散射（SERS）电磁增强因子的计算
目 录
1、引言 1
2SERS的发展和最新的研究动向 3
3、SERS增强基底的制备 6
3.1 Ag溶胶 6
3.2 真空沉积Ag岛膜 6
3.3 其它方法 7
4、SERS的理论模型 8
4.1 物理类模型 8
4.1.1 表面电磁增强模型 (Electromagnetic Enhancemant Model) 9
4.1.2 镜像场模型 (Image Field Model) 10
4.1.3 其它模型 11
4.2 化学类模型 11
4.2.1 增原子模型 (Adatoms Model) 11
4.2.2 电荷转移模型 12
5、SERS的主要应用 14
5.1 催化与热分解 14
5.2 分子吸附 16
6 镍/银岛膜复合体系表面增强拉曼散射(SERS）电磁增强因子的计算 19
6.1 实验部分 19
6.1.1 仪器与试剂 19
6.1.2 样品制备 19
6.1.3 样品处理与实验方法 19
6.2 C. A. Murray 的SERS衰减理论和设计的模型及其计算公式 20
6.2.1 C. A. Murray 的SERS衰减理论[6, 7, 9-11] 20
6.2.2 我们设计的模型和计算公式 21
6.3 计算的结果 23
结论 26
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
1、引言
表面增强拉曼散射技术作为1种实时实地研究表面或界面现象的新手段, 已经引起了物理学和化学界的高度重视。影响这种新技术应用的1个关键因素, 在于增强受限于为数不多的基体材料上。众多的理论和实验都已表明, Ag的增强效果最突出, Cu和Au则在红光下产生较大的增强。对于人们感兴趣的其它吸附基体, 例如:过渡族金属和半导体材料, 却很少或没有发现增强效应。如何利用这几种贵金属的增强能力, 来研究人们感兴趣的其它吸附体系, 这是摆在SERS研究者面前的1个既有理论意义, 又具有应用前景的课题。Ni是1种很受重视的过渡族金属。我们选择它作为覆盖物, 正是出自以上的考虑。此外, 对SERS产生的机理[1-4], 存在物理(电磁)增强和化学增强两种观点。前者是1种长程效应, 强调材料的宏观光学常数和表面形貌对增强的影响。覆盖材料改变了增强基体的表面光学系数, 是体系偏离电磁共振状态，由其引起的电磁衰减作用是1种随覆盖层加厚而缓慢衰减的效应。后者是1种短程效应, 认为增强起因于受金属基体作用后由吸附分子极化率的改变而引起的拉曼散射截面的增加, 增强只受惠于和金属直接键合的单分子层。当吸附分子和增强基体间被覆盖层隔离时, 就会出现增强效应的淬灭现象。研究覆盖物对SERS的影响, 有助于深入地弄清SERS的机理。Murray研究了Ag岛膜上面的薄金层对SERS的影响, 实验结果和文献[5]提出的共焦椭球对电磁模型的计算似乎符合得很好。 Gao[5]等人研究了亚单层的Al和Pd的影响。 他们的结论是化学短程效应在衰减中起着重要作用。覆盖层对SERS的影响, 尚未获得1致的结论。
理论和实验研究的结果均表明Ag, Cu, Au, Li , Na, K的SERS 增强效应最为明显。 但是用Li, Na, K制成的衬底在普通条件下难以保存, 而Cu和Au在红光和近红外光下才具有明显的SERS 效应, 只有Ag从近红外光到可见光的范围内具有显著的增强能力, 所以用Ag制成的各种衬底得到了广泛应用。 为了扩大SERS 技术的应用范围和进1步探讨SERS 产生机理, 对新的衬底和其它体系的SERS 研究就显得10分必要了。 在Ag的衬底上覆盖1层其它感兴趣的材料是应用研究的途径之1, 其思想是利用Ag粒子表面产生的巨大局域电场来增强分子吸附在其它材料上的拉曼散射信号强度。这1研究具有1定的应用前景, 特别是在Ag 的表面上覆盖1层在化学上作催化剂的过渡金属, 利用SERS 研究分子和过渡元素形成的中间产物结构及相互作用的信息, 这无疑对人们研究化学催化机制和优化反应条件有1定的帮助。近年来[5], 国内外在这方面做了许多的工作, 但是对于覆盖层如何影响Ag表面SERS的强度尚未取得1致的结果。本文中我们研究Ni覆盖层对Ag表面SERS 的影响是出于以下两个方面的考虑: (1)Ni是化学上极受重视的过渡元素之1, 常用作催化剂,研究Ni对Ag表面SERS 影响的规律, 可以为研究化学催化反应的机制及优化反应过程提供1些有力的工具和可行的条件; (2) 进1步探讨SERS产生的机理。
我们研究Ni对Ag岛膜SERS的影响, 在Murray模型的基础上, 应用Murray提出关于SERS衰减理论的计算公式, 用C语言编写出计算程序来计算镍/银岛膜复合体系表面增强拉曼散射(SERS)的电磁增强因子, 然后画出增强因子随镍覆盖层厚度变化的规律图。
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