聚苯胺薄膜上贵金属纳米结构的可控制备及SERS性能研究

本项目利用聚苯胺的化学还原特性，通过控制聚苯胺薄膜的掺杂状态和表面性质以及引入外加电场和磁场，对聚苯胺化学还原金属离子得到的贵金属(Ag和Au)纳米粒子在形貌、尺度、结构以及分散性进行可控制备；结合实验结果和理论计算模拟，研究不同条件下聚苯胺薄膜上金属纳米粒子的成核和生长规律，提出其生长机理；将聚苯胺薄膜上构造的金属纳米结构应用于基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术的化学和生物分子检测研究，研究金属结构和SERS性能之间的关系。本项目的开展可以更深入地掌握聚苯胺化学还原制备金属纳米粒子的规律，实现金属纳米结构的可控制备，有望使基于聚苯胺薄膜的贵金属纳米材料成为新型的SERS基底。

本项目对提出的研究内容进行了深入的研究，完成了全部计划内容，达到了预期目标。. 利用导电聚合物的化学还原特性，不借助于其他任何还原剂和表面活性剂，在聚苯胺薄膜上可控生长Au、Ag、合金等纳米材料，系统研究了不同的酸掺杂、导电类添加剂、以及电场和磁场作用下对聚苯胺薄膜上金属纳米粒子的成核、生长过程的影响，实现了聚苯胺薄膜上贵金属纳米结构的可控制备。结合实验结果和理论模拟计算，分析了不同条件下聚苯胺薄膜上金属纳米粒子生长的规律和机理，获得了聚苯胺薄膜上贵金属纳米结构可控生长的关键技术。在优化实验条件下，聚苯胺基底上制备的贵金属纳米材料具有明显的三维结构，比表面积大，可以作为良好的表面增强拉曼光谱(SERS)基底材料。所制备的基底材料对对巯基苯甲酸、罗丹明B、亚甲基蓝等化学分子具有良好的SERS响应，检测极限可以达到10-9 mol/L。本项目的开展更深入地掌握了导电聚合物化学还原制备金属纳米材料的规律，实现金属纳米结构的可控制备，基于聚苯胺薄膜的贵金属纳米材料有望成为新型的SERS基底，可以应用于食品安全、环境监测、化学分析等领域的高灵敏分子检测。. 在本项目的资助下，通过系统的实验研究和理论分析，研究成果在Chem Comm、J Phys Chem C等国内外期刊发表论文33篇，其中SCI论文32篇，申请中国专利2项(授权1项)；出版《固体材料常用表征技术》（哈工大出版社）1书，另一本《固体化学》(科学出版社)正在编写。培养博士后2人(已出站)，博士生5人(毕业1人)，硕士生9人(毕业7人)。本项目关于导电聚合物的应用研究，使课题组青年教师徐平获得了美国能源部Los Alamos国家实验室突出表现奖。