功能纳米结构界面反应过程的表面增强拉曼光谱研究

本项目将完善具有优良催化性能的二氧化钛核壳纳米材料制备、固定及TiO2纳米材料电极的制备技术；将核壳复合纳米粒子壳层独特的光电催化功能和内核的特殊表面增强光学性质相结合，发展SERS成为功能纳米结构界面反应机理研究的高灵敏度技术。一方面，借助于贵金属内核巨大SERS效应以期在TiO2表面获得理想SERS信号，原位研究该复合材料表面吸附以及表面催化过程机理；将该技术拓展至TiO2电极/溶液界面，考察催化用光，电位，拉曼激发光之间的匹配关系，借助外在SERS效应研究电化学控制下TiO2电极/溶液界面反应，探索其光电催化机理；另一方面，为光电催化材料的设计和制备提供实验依据，根据所获得的有关TiO2/溶液界面反应的机理，针对特定的体系设计特殊复合纳米结构，调控复合材料的催化性能，并将其拓展至更普遍的功能纳米结构体系，最终建立一种现场研究功能纳米结构表面反应机理的高灵敏度技术。

本项目将表面等离激元诱导的催化反应及其所产生的具有高表面灵敏度的表面增强拉曼光谱相结合，将SERS技术发展成为检测表面等离激元诱导催化反应过程的现场研究工具之一。一方面，充分利用功能纳米结构的表面等离激元的双重作用，即既可以催化界面反应，同时也产生巨大的表面增强光学效应，实现了两者的联用，发展了采用SERS光谱研究等离激元诱导催化反应过程的方法学，实现了高灵敏度的现场表征。另一方面，通过构建各类功能性的纳米结构界面，通过调控表面等离激元，实现了多种诱导催化反应。壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）技术为研究金属钛电极的表面行为的研究提供了一条有效途径，成功获得了金属钛电极上吡啶、4-氰基吡啶和硫氰酸根等分子吸附的高质量拉曼光谱图，并开展了它们在钛电极上的吸附行为进行现场拉曼光谱研究；采用电化学，表面等离激元辅助等手段，研究了TiO2-Au复合纳米结构表面反应过程，首次观察到吡啶发生C-C偶联生成联吡啶的催化反应行为，并提出了电化学和表面等离子体辅助催化偶联反应机理；通过气液界面法制备包含许多“热点”的金纳米粒子单层膜而产生较强的表面等离激元耦合效应，探索了激光诱导对巯基苯甲酸分子脱羧生成苯硫酚的催化反应，初步提出了激光诱导脱羧反应的机理，为开发通过脱羧反应进行有机合成的新途径提供了实验依据；利用SERS研究PNTP的表面等离激元催化和电化学还原过程，考察了反应过程中激光功率，表面活性剂，溶剂等各类因素的影响，提出了PNTP氧化和还原过程的机理，为拓展表面等离激元反应提供了实验和理论基础；深入探索了离子液体溶剂中界面电化学结构，为建立“离子液体/功能纳米结构”新型双电层理论提供依据，为拓展离子液体的运用提供理论基础，系统考察了PATP催化偶联与溶剂，功能纳米结构，水，电化学控制等因素的关系，并能利用PATP偶联反应为探针，研究了离子液体中水分子的结构和存在形式，该研究结果为深入解析功能纳米结构界面表面等离激元催化反应的作用机制提供了丰富的光谱和界面结构信息，有望深入解析表面等离激元催化反应机理。发表有标注项目的期刊论文21 篇；国内外会议论文大于30 篇；申请专利5项，其中授权2件。应邀在国际学术会议上作邀请报告2 次，国内会议主题报告1 次，邀请报告1 次。已毕业培养博士生1 名，硕士研究生8 名。