金属掺杂及接触对半导体SERS基底效应的影响

Semiconductor nanomaterials are the perfect system to study SERS chemical enhancement, which are almost no contributions to the surface plasmon absorption among the region of visible light. The project will continue to carry out the research about the semiconductor nanomaterials as SERS substrate based on the preliminary work. The main objectives are: 1) to utilize the nature of doped metal to effect the optical and electrical properties of semiconductor nanomaterials and to investigate its contribution to the SERS enhancement effect. The doped materials are prepared by mixing with different concentrations of metal ions in the lattice of the semiconductor nanomaterials, which change the band gap of the semiconductor nanoparticles and surface defect content to further explore the impact of a variety of factors on the chemical enhancement; 2) to build a variety of metal - semiconductor - organic molecules model system to further study the metal - semiconductor contacts on the SERS chemical enhancement effect; 3) to investigate the synergistic enhancement effect between semiconductor lattice vibrations (phonon mode) and co-adsorption of molecular vibrations. By changing different adsorption probe molecules on SERS substrate and the laser excitation wavelength to study the Raman shift and relative intensity change of the vibrational spectra of probe molecules, while observing the vibration mode of phonon of the semiconductor nanomaterials and exploring the "co-enhancement" phenomenon between semiconductor substrate and the probe molecules.

半导体纳米材料对可见区的表面等离子体吸收几乎没有贡献，是研究SERS中化学增强的理想体系。本申请在前期工作的基础上，继续开展半导体纳米材料作为SERS 基底的研究工作。主要目标为：1）利用金属掺杂对半导体纳米材料光电性质的影响，考察其对SERS增强效应的贡献。通过在半导体纳米材料晶格中掺入不同浓度的金属离子，从而改变半导体纳米粒子的禁带宽度、表面缺陷含量，进一步探索对化学增强产生影响的各种因素；2）构筑各种金属-半导体-有机分子的模型体系，研究金属-半导体接触对SERS化学增强效应的影响。3）研究半导体晶格振动（声子模式）与吸附分子振动的协同增强效应。通过在半导体SERS基底上吸附不同的探针分子及改变激光激发波长，来调查探针分子振动光谱的拉曼位移及相对强度的变化，同时观察半导体纳米材料的声子振动模式，并探索半导体基底与探针分子的"共增强"现象。

半导体纳米材料对可见区的表面等离子体吸收几乎没有贡献，是研究表面增强拉曼散射（SERS）中化学增强的理想体系。在前期工作的基础上，本项目开展了半导体纳米材料作为SERS基底的进一步研究工作。主要目标集中在：1）利用金属掺杂对半导体纳米材料光学性质的影响，考察其对SERS增强效应的贡献。在半导体纳米材料晶格中掺入不同浓度的金属离子，使半导体纳米粒子的禁带宽度、表面缺陷含量发生变化，进一步探索对化学增强产生影响的各种因素；2）构筑各种金属-半导体-有机分子的模型体系，研究金属-半导体接触对化学增强的影响。3）研究半导体晶格振动（声子模式）与吸附分子分子振动的协同增强效应。在半导体SERS基底上吸附不同的探针分子，分析探针分子振动光谱的同时观察半导体纳米材料的声子振动模式，研究半导体基底与探针分子的“共增强”现象及不同的探针分子、不同的激发光波长等因素的影响。4）尝试利用半导体纳米粒子SERS基底进行检测分析研究。.半导体纳米粒子的表面态浓度在体系的电荷转移过程起着至关重要的作用，它既作为光生电子的捕获阱改善光生载流子的分离效率，同时也作为体系电荷转移的必要的中间媒介；适量的金属掺杂丰富了纳米粒子的表面缺陷并改善了与之相关的光生载流子的分离效率,有利于半导体的电荷转移和吸附分子的SERS增强。.通过层层组装的方法构建了Ag/4-MBA/TiO2电荷转移体系，随着TiO2层数的增加，Ag纳米粒子的SPR共振吸收峰强度增强，归因于在Ag纳米粒子表面有新的电荷转移体系Ag/4-MBA/TiO2生成。半导体TiO2引入后 MBA分子的SERS光谱发生了较大的变化，归属于b2振动模式的峰发生了明显的增强。Herzberg-Teller效应对探针分子的完全对称振动模式和非完全对称振动模式均有增强，因此认为TiO2胶层的引入，增强了体系中的电荷转移，b2振动模式被选择性的增强。同时提出了相应的电荷转移模型。.在国家自然科学基金的支持下，课题组完成了任务书规定的研究内容。项目周期内发表学术论文56篇，会议论文62篇，申请发明专利6项，有7人获得博士学位。