功能納米結構界面反應過程的表面增強拉曼光譜研究

《功能納米結構界面反應過程的表面增強拉曼光譜研究》是依託蘇州大學，由姚建林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：功能納米結構界面反應過程的表面增強拉曼光譜研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姚建林
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

本項目將完善具有優良催化性能的二氧化鈦核殼納米材料製備、固定及TiO2納米材料電極的製備技術；將核殼複合納米粒子殼層獨特的光電催化功能和核心的特殊表面增強光學性質相結合，發展SERS成為功能納米結構界面反應機理研究的高靈敏度技術。一方面，藉助於貴金屬核心巨大SERS效應以期在TiO2表面獲得理想SERS信號，原位研究該複合材料表面吸附以及表面催化過程機理；將該技術拓展至TiO2電極/溶液界面，考察催化用光，電位，拉曼激發光之間的匹配關係，藉助外在SERS效應研究電化學控制下TiO2電極/溶液界面反應，探索其光電催化機理；另一方面，為光電催化材料的設計和製備提供實驗依據，根據所獲得的有關TiO2/溶液界面反應的機理，針對特定的體系設計特殊複合納米結構，調控複合材料的催化性能，並將其拓展至更普遍的功能納米結構體系，最終建立一種現場研究功能納米結構表面反應機理的高靈敏度技術。

結題摘要

本項目將表面等離激元誘導的催化反應及其所產生的具有高表面靈敏度的表面增強拉曼光譜相結合，將SERS技術發展成為檢測表面等離激元誘導催化反應過程的現場研究工具之一。一方面，充分利用功能納米結構的表面等離激元的雙重作用，即既可以催化界面反應，同時也產生巨大的表面增強光學效應，實現了兩者的聯用，發展了採用SERS光譜研究等離激元誘導催化反應過程的方法學，實現了高靈敏度的現場表征。另一方面，通過構建各類功能性的納米結構界面，通過調控表面等離激元，實現了多種誘導催化反應。殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜（SHINERS）技術為研究金屬鈦電極的表面行為的研究提供了一條有效途徑，成功獲得了金屬鈦電極上吡啶、4-氰基吡啶和硫氰酸根等分子吸附的高質量拉曼光譜圖，並開展了它們在鈦電極上的吸附行為進行現場拉曼光譜研究；採用電化學，表面等離激元輔助等手段，研究了TiO2-Au複合納米結構表面反應過程，首次觀察到吡啶發生C-C偶聯生成聯吡啶的催化反應行為，並提出了電化學和表面電漿輔助催化偶聯反應機理；通過氣液界面法製備包含許多“熱點”的金納米粒子單層膜而產生較強的表面等離激元耦合效應，探索了雷射誘導對巰基苯甲酸分子脫羧生成苯硫酚的催化反應，初步提出了雷射誘導脫羧反應的機理，為開發通過脫羧反應進行有機合成的新途徑提供了實驗依據；利用SERS研究PNTP的表面等離激元催化和電化學還原過程，考察了反應過程中雷射功率，表面活性劑，溶劑等各類因素的影響，提出了PNTP氧化和還原過程的機理，為拓展表面等離激元反應提供了實驗和理論基礎；深入探索了離子液體溶劑中界面電化學結構，為建立“離子液體/功能納米結構”新型雙電層理論提供依據，為拓展離子液體的運用提供理論基礎，系統考察了PATP催化偶聯與溶劑，功能納米結構，水，電化學控制等因素的關係，並能利用PATP偶聯反應為探針，研究了離子液體中水分子的結構和存在形式，該研究結果為深入解析功能納米結構界面表面等離激元催化反應的作用機制提供了豐富的光譜和界面結構信息，有望深入解析表面等離激元催化反應機理。發表有標註項目的期刊論文21 篇；國內外會議論文大於30 篇；申請專利5項，其中授權2件。應邀在國際學術會議上作邀請報告2 次，國內會議主題報告1 次，邀請報告1 次。已畢業培養博士生1 名，碩士研究生8 名。