新型大面积有序多孔SERS基底的制备及其应用研究

The combination of SERS technology with nano-sensor has opened up a new way for SERS practical application. This project aims to design and fabricate large area ordered porous inverse opals as the SERS substrates. The prepared hydrophobic, hydrophilic, magnetic or charged colloidal nanospheres will be assembled to form ordered opal photonic crystals, which will be used as templates after functional modification in different interfaces (such as gas-liquid, liquid-liquid). By means of the induction of magnetic or electric fields and LB technology, the metal, inorganic semiconductor and their composite inverse opal photonic crystals with ordered structure, low defect, high stability and good repeatability will be fabricated. The effects of colloidal particle size, template porosity, inverse opal film layer, functionalization modification and composition on the structure and performance of the prepared materials will be investigated. The relationship between structure and photonic band gap of different inverse opals, laser incident wavelength and slow photons effect of inverse opals also will be analyzed. In addition, the SERS effects and their mechanism will be studied. And structure- SERS effect relationship will be proposed by establishing corresponding theoretical model combined theoretical simulation with calculation. On above studies, we will explore the application of the prepared inverse opal films in the environment detection, multifunctional sensing and catalytic monitoring areas.

SERS技术与纳米传感器检测相结合，为SERS技术走向实际应用开辟了新途径。本项目拟以设计和制备大面积有序多孔反蛋白石结构SERS基底材料为主要研究目标，以疏（亲）水、磁性或带电的胶体微球形成的有序蛋白石光子晶体为模板，在不同界面（如气-液，液-液）对蛋白石模板进行功能化修饰，利用LB膜技术或辅以磁场和电场诱导等方法，制备大面积、低缺陷、稳定性高、重复性好的有序金属、无机半导体及其复合物的反蛋白石光子晶体。探讨胶体微球的大小、蛋白石模板的孔隙率、反蛋白石薄膜的层数、功能化修饰以及组分等因素对制备材料的结构和性能的影响。分析不同反蛋白石的结构和光子带隙、激光入射波长和反蛋白石慢光子效应之间的关系，探索其SERS效应及其机理。建立相应的理论模型，结合理论模拟计算，提出反蛋白石材料结构与SERS效应之间构效关系。在此基础上，探索该大面积反蛋白石膜材料在环境检测、多功能传感以及催化检测等方面的应用

项目研究围绕设计和制备有序多孔反蛋白石结构SERS基底材料、功能性纳米复合材料为主要内容开展。合成了具有反蛋白石结构（IOS）和多功能的有序三维CdSe敏化TiO2（CdSe- TiO2）复合膜；制备了半胱胺修饰的表面增强拉曼散射（SERS）底物，用于检测痕量酸性色素；合成了具有SiO2核、多孔TiO2壳和空穴结构的新型多功能卵黄壳SiO2@TiO2/CdS（y-STCs）纳米复合材料；开展了双功能反蛋白石纳米结构材料的制备及应用于SERS载体和催化方面的研究，合成了新型的镍掺杂二氧化钛反蛋白石纳米材料，应用于（SERS）载体和催化剂；制备了一种新型多孔花状透明质酸（HA）/银(Ag) 纳米复合物，探讨了其SERS纳米传感器和催化剂性能；组装了一种由非化学计量半导体金属氧化物W18O49组成的新型有序纳米线薄膜；制备了新型的镍掺杂二氧化钛IOPM（Ni-TiO2 IOPM）作为双功能材料，用于表面增强拉曼散射（SERS）基板和光催化剂的应用等，取得了一些有价值的结果。项目实施还进行了新型功能纳米复合材料的电化学性能、在电池领域应用以及在生物医学应用探索研究，也取得了一些有意义的结果。