纳米TiO2 /Ag分级结构的SERS活性及对POPs的痕量探测

采用电化学阳极氧化法制备出结构参数可控的多孔且有序的分级结构TiO2纳米阵列膜，然后结合无电沉积技术在该分级结构上均匀地组装尺寸可调的Ag纳米颗粒，获得具有高的表面拉曼增强（SERS）活性、能实现对高稳定性、持久性有机污染物（POPs）进行痕量探测的TiO2/Ag复合SERS衬底。系统研究TiO2/Ag衬底结构参数对SERS性能的影响；建立衬底结构参数与SERS活性之间的关系；探索TiO2/Ag复合衬底增强原理。.通过引入有序的多孔TiO2纳米结构，在组装Ag纳米颗粒时能形成相互分离且间隙可调的纳米颗粒，形成SERS热点，进而有效地提高衬底SERS活性；同时多孔结构能使SERS衬底能有效地捕获高稳定性的探测分子，对解决SERS衬底难捕获高稳定性有机污染物的问题提供行之有效的方法。本项目预期成果不仅在学术上具有重要的意义，而且为设计实用型、能探测高稳定性污染物的SERS衬底提供新的参考依据。

本项目以实现对持久性有机污染物(POPs)的痕量快速检测为目标牵引，以构筑高表面增强Raman散射(SERS)效应的纳米有序阵列为导向，紧紧围绕项目研究内容、研究计划，设计并构筑了多种高性能的SERS衬底，实现了对持久性有机污染物多氯联苯(PCB)的痕量快速检测。根据研究计划，项目组成员从探索合成二氧化钛(TiO2)纳米有序阵列出发，以阳极氧化的TiO2纳米管阵列为基础，通过调节工艺参数及后续处理，获得了多种有序的TiO2纳米阵列结构，包括单晶锐钛矿纳米颗粒组装的TiO2纳米管阵列、蜂窝状分级的TiO2纳米管阵列，以及具有芯壳结构的TiO2纳米培养皿阵列；并以这些有序的TiO2纳米阵列作为模板，组装Ag纳米颗粒，形成有序或准有序的Ag纳米颗粒组装的纳米碗、纳米环及超结构的Au/Ag@Al2O3@Ag纳米球阵列SERS衬底，实现了对持久性有机污染物多氯联苯(PCB)及农药的主要成分(甲基对硫磷)的痕量快速检测。同时，在本项目研究内容的基础上拓宽SERS衬底的设计思路，构筑了两种高SERS活性的纳米阵列结构：(1)以具有锥形孔与锥形柱结合的多孔氧化铝为模板(AAO)，结合离子溅射Ag工艺，构筑了大面积高度有序排列的银纳米柱与纳米颗粒两种结构相互交错的复合阵列；(2) 以锥形氧化锌(ZnO)纳米锥阵列为模板，结合电化学沉积技术及牺牲模板方法，分别构筑了以Ag纳米片、Au纳米棒及Pd纳米塔等组装的各种纳米管阵列。这些贵金属有序纳米结构都具有良好的SERS活性，也实现了对POPs中PCB的快速痕量检测。本项目研究达到了预期目标，项目执行期间，共发表SCI论文5篇，待发表1篇，申请发明专利3项。本项目的研究成果为设计实用型、能探测高稳定性有机污染物的SERS衬底提供了新的参考依据。