用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于SERS传感器的二维和三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法。采用简便的一步合成法，在碳纳米管基底材料上合成大小、尺寸和形状可控的金纳米晶体结构，使一系列各向异性的金纳米晶体如金纳米颗粒、金纳米线、金纳米带、金纳米板、金纳米框耦合在二维碳纳米管薄膜上，实现超灵敏的SERS检测。此外，在本发明专利技术中，金纳米颗粒也被成功地集成到三维碳纳米管气凝胶上。由二维和三维碳纳米管/金纳米晶体制备的SERS传感器可以检测浓度低至10

【技术实现步骤摘要】
用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料学及其制备领域，具体涉及用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(SERS)是一种强大的检测技术，它比普通的拉曼光谱更加灵敏，可广泛应用于化学和生物分析物的超灵敏检测。
[0003]作为一种分析技术和物理化学工具，SERS仅通过将检测分子定位在特定的纳米尺度的等离子体上便实现了将拉曼散射从1
×
104到1
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10
12
的提高，这是SERS的主要吸引力。然而，传统的SERS衬底大都由硅和金属制成的，其基底表面几乎是平面的，表面积有限，这大大降低了纳米等离子体的负载密度，在SERS传感器灵敏度的提高上具有一定的难度。
[0004]作为理想的SERS基底应该具有以下特征：(1)大的表面积，为纳米等离子体颗粒提供成核点，以增强拉曼信号；(2)与待测分子有很强的结合力。众所周知，碳纳米管及其衍生物，如二维碳纳米管薄膜和三维碳纳米管气凝胶，拥有独特的多孔网络，表面积大，可以为纳米等离子体提供充足的成核位点。此外，由于碳纳米管基材具有优异的化学稳定性及机械性能，使其可以实现在恶劣环境中的检测。现有技术中除了使用多孔基底来保证纳米等离子颗粒的覆盖密度外，将其他各向异性的纳米晶体结构，如纳米立方体和纳米棒也被合成到基底上以达到优异的SERS检测效果。
[0005]然而，碳纳米管基底耦合金纳米带、金纳米框以及其他结构的金纳米晶体作为SERS传感器在现有技术中披露较少，对碳纳米管基底耦合金纳米晶体的形状和均匀程度还不能控制，不能完全满足各种检测需求。同时，传统的SERS基底的制备方法是多步骤的，通常包括以下两个步骤(1)合成纳米等离子体，(2)将纳米等离子体组装到基底上，操作复杂，费时费力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种简单的一步合成方法，成功地将形状可控的金纳米颗粒、金纳米线、金纳米带、金纳米板、金纳米框等结构负载到碳纳米管基底上。
[0007]本专利技术提供的一种用于SERS传感器的二维碳纳米管薄膜/金纳米颗粒复合衬底的制备。具体步骤如下：
[0008](1)将碳纳米管薄膜剪切成所需的形状、尺寸和图案；
[0009](2)将(1)剪切好的碳纳米管薄膜浸泡在含有KAuBr4的金前驱体溶液中几个小时，进行氧化还原反应；
[0010](3)将(2)的碳纳米管薄膜取出，用去离子水清洗，通过干燥得到碳纳米管薄膜/金纳米颗粒复合SERS衬底。
[0011]本专利技术中步骤(1)所述碳纳米管薄膜的种类和来源没有限制，可以是通过不同的
工艺和化学方法获得的商业碳纳米管薄膜。
[0012]本专利技术中步骤(2)所述金前驱体溶液由KAuBr4、二甲基亚砜和去离子水组成。
[0013]本专利技术中步骤(2)所述碳纳米管薄膜在金前驱体溶液中浸泡时间为5～48h。本专利技术中步骤(3)所述KAuBr4在溶液中的浓度约为2～10mM，二甲基亚砜在溶液中的含量为5％～20％。
[0014]本专利技术中步骤(3)所述干燥过程，可以是在室温下干燥数小时，可以是在真空烘箱中80℃～200℃，干燥数小时。
[0015]本专利技术提供一种用于SERS传感器的二维碳纳米管薄膜/金纳米线复合衬底的制备方法，具体步骤如下：
[0016](1)将碳纳米管薄膜剪切成所需的形状、尺寸和图案；
[0017](2)将(1)剪切好的碳纳米管薄膜用氧等离子体处理以活化碳纳米管薄膜表面；
[0018](3)将(2)等离子体处理的碳纳米管薄膜浸泡在含有HAuCl4的金前驱体溶液中几个小时，期间保持一定温度，以进行水热还原反应；
[0019](4)将(3)的碳纳米管薄膜取出，用去离子水清洗，通过干燥得到碳纳米管薄膜/金纳米线复合SERS衬底。
[0020]本专利技术中步骤(1)所述碳纳米管薄膜的种类和来源没有限制，可以是通过不同的工艺和化学方法获得的商业碳纳米管薄膜。
[0021]本专利技术中步骤(2)所述等离子体扫描速率为10
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30mm/s,扫描次数为20
‑
60次。
[0022]本专利技术中步骤(3)所述HAuCl4在溶液中的浓度为80～200μM。
[0023]本专利技术中步骤(3)所述溶液反应温度为60℃～100℃，反应时间为1～24h。
[0024]本专利技术中步骤(4)所述干燥过程，可以是在室温下干燥数小时，可以是在真空烘箱中80℃～200℃，干燥数小时。
[0025]本专利技术提供一种用于SERS传感器的二维碳纳米管薄膜/金纳米带复合衬底的制备方法，具体步骤如下：
[0026](1)将碳纳米管薄膜剪切成所需的形状、尺寸和图案；
[0027](2)将(1)剪切好的碳纳米管薄膜浸泡在含有HAuCl4的金前驱体溶液中几个小时，期间保持一定温度，进行水热还原反应；
[0028](3)将(2)的碳纳米管薄膜取出，用去离子水清洗，通过干燥得到碳纳米管薄膜/金纳米带复合SERS衬底。
[0029]本专利技术中步骤(1)所述碳纳米管薄膜的种类和来源没有限制，可以是通过不同的工艺和化学方法获得的商业碳纳米管薄膜。
[0030]本专利技术中步骤(2)所述HAuCl4在溶液中的浓度为20～300μM。
[0031]本专利技术中步骤(2)所述溶液反应温度为60℃～100℃，反应时间为1～24h。
[0032]本专利技术中步骤(3)所述干燥过程，可以是在室温下干燥数小时，可以是在真空烘箱中80℃～200℃，干燥数小时。
[0033]本专利技术提供一种用于SERS传感器的二维碳纳米管薄膜/金纳米板复合衬底的制备方法，具体步骤如下：
[0034](1)将碳纳米管薄膜剪切成所需的形状、尺寸和图案；
[0035](2)将(1)剪切好的碳纳米管薄膜浸泡在去离子水中，然后加入HAuCl4和KBr溶液，
混合均匀，最后加入抗坏血酸，将其保持在一定的温度下反应数小时。
[0036](3)将(2)的碳纳米管薄膜取出，用去离子水清洗，通过干燥得到碳纳米管薄膜/金纳米板复合SERS衬底。
[0037]本专利技术中步骤(1)所述碳纳米管薄膜的种类和来源没有限制，可以是通过不同的工艺和化学方法获得的商业碳纳米管薄膜。
[0038]本专利技术中步骤(2)所述HAuCl4在溶液中的浓度为100～150μM。
[0039]本专利技术中步骤(2)所述KBr在溶液中的浓度为67～800μM。
[0040]本专利技术中步骤(2)所述抗坏血酸在溶液中的浓度为5～15μM。
[0041]本专利技术中步骤(2)所述反应温度为60～150℃，反应时间为3～20h。
[0042]本专利技术中步骤(3)所述干燥过程，可以是在室温下干燥数小时，可以是在真空烘箱中80℃～200℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)准备碳纳米管薄膜或碳纳米管气凝胶，将碳纳米管薄膜剪切成所需的形状、尺寸和图案；(2)将(1)剪切好的碳纳米管薄膜或碳纳米管气凝胶浸泡在金前驱体溶液中几个小时，进行氧化还原反应，所述金前驱体溶液为含有KAuBr4或HAuCl4的溶液；(3)将(2)的碳纳米管薄膜取出，用去离子水清洗，通过干燥得到碳纳米管薄膜/金纳米晶体衬底。2.根据权利要求1所述的用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥过程，可以是在室温下干燥，可以是在真空烘箱中80℃～200℃下干燥。3.根据权利要求1所述的用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法，其特征在于，所述金纳米晶体为金纳米颗粒时，步骤(2)所述金前驱体溶液由KAuBr4、二甲基亚砜和去离子水组成；所述金纳米晶体为金纳米线、金纳米带时，所述金前驱体溶液为HAuCl4和去离子水；所述金纳米晶体为金纳米板时，所述金前驱体溶液为HAuCl4和KBr溶液，混合均匀，最后加入抗坏血酸；所述金纳米晶体为金纳米框时，所述金前驱体溶液为HAuCl4、KBr和AgNO3溶液，混合均匀，最后加入抗坏血酸。4.根据权利要求3所述的用于SERS传感器的二维及三维碳纳米管/金纳米晶体衬底的制备方法，其特征在于，所述KAuBr4在溶液中的浓度约为2～10mM，二甲基亚砜在溶液中的含量为5％～20％；所述金纳米晶体为金纳米线时，所述HAuCl4在溶液中的浓度为80～200μM；所述金纳米晶体为金纳米带时，所述HAuCl4在溶液中的浓度为20～300μM；所述金纳米晶体为金纳米板时，所述H...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛文波，苗乃乾，张真，杨荣，
申请(专利权)人：山东氢谷新能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：