[发明专利]氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜基底材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜基底材料及制备方法，使用一步化学气相沉积法直接合成氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜纳米颗粒，制备使用的原料成本低廉，过程简单易操作，方便宏量生产；所得的碳包覆铜纳米颗粒原位合成，均匀负载于三维石墨烯的表面上，克服了外加法分布不均匀的技术难题；涂膜后的氮掺杂三维石墨烯负载铜纳米基底材料对探针分子结晶紫检测下限分别可达1×10^‑6mol/L，且具有较好的稳定性；该方法过程简单，以此方法所制得的基底材料具有优良的检测效果。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜基底材料及制备方法，属于表面增强拉曼光谱基底材料制备技术。

背景技术

表面增强拉曼光谱作为现代检测中的重要技术之一，由于其极高的灵敏度、荧光背景低、检测样品无损伤的优势，目前在生物、医学、化学合成分析等众多领域得到了广泛的应用，展示出诱人的发展前景。活性基底的制备是获得表面增强拉曼信号的前提，发展新的制备技术，开发具有高灵敏性、可重复性、稳定性的新型表面增强拉曼光谱基底材料是进一步推广表面增强拉曼光谱应用领域的关键任务之一。

由于目前表面增强拉曼光谱基底材料多集中于以贵金属金、银为代表的粗糙表面金属基底，这类基底材料尽管具有高灵敏度的检测效果，但是其制备成本过高，无法满足常规检测的需要。铜基基底材料在可见光和近红外的波段范围内有较高的质量因子，并且其制造成本低廉，有望成为取代金、银的新型基底材料。石墨烯由于其独特的二维结构拥有大的比表面积，通过基面内原子之间的π-π相互作用可以有效吸附分子，同时离域的π键有利于电荷传输，从而使其具有较强的化学增强效果，在表面增强拉曼光谱领域得到了广泛的关注。将石墨烯与金属纳米颗粒通过特殊结构设计复合，一方面可以有效防止金属纳米颗粒氧化，提高基底材料的稳定性；另一方面可以形成独特的协同作用，在界面处形成活性位点，提高基底材料的灵敏性。目前制备的石墨烯-金属纳米颗粒主要有三种结构：石墨烯-金属纳米颗粒薄膜结构、石墨烯-金属纳米颗粒镶嵌结构、石墨烯包覆金属纳米颗粒结构。这三类结构主要针对金属金、银，且无法同时满足低成本、高灵敏性、高稳定性的技术要求，并且单一的平面状的二维石墨烯或是零维的石墨烯包覆层对入射激光的利用效率较低，不能充分发挥基底材料的增强效果。

近年来，随着网络状的三维石墨烯的制备及其功能化改性相关课题研究日益深入，其独特的三维结构有效增大了比表面积进而可以提高激光利用效率，且利用元素掺杂改性的方法可以改善石墨烯表面的化学惰性，利于与金属复合，从而使其成为负载金属纳米颗粒的理想载体。功能化的三维石墨烯与金属纳米颗粒复合比传统结构拥有更多优势，成为了新的结构发展方向。首先，从等离子体相互作用的观点来看，氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜纳米材料可以加强铜与石墨烯之间的等离子体耦合作用，增强周围电场，进而提升基底材料的灵敏性；其次，从结构的角度来看，三维石墨烯负载碳包覆铜纳米颗粒结构集成了石墨烯-金属纳米颗粒镶嵌结构以及石墨烯包覆金属纳米颗粒结构的优点，从而提升基底材料的可重复性与稳定性；再次，从化学的角度来看，氮掺杂的改性效果以及独特的三维网络状结构有利于加强化学增强效果。目前，关于氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜纳米材料的制备方法，尚未见到相关报道。

发明内容

本发明旨在提供一种氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜纳米基底材料的制备方法及其组装成为测试基底的涂膜方法,该方法过程简单,以此方法所制得的基底材料具有优良的检测效果。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：

一种氮掺杂三维石墨烯负载碳包覆铜纳米基底材料的制备方法；包括以下过程：

①以三水合硝酸铜为铜源，按照C与Cu原子比为2～5:1与碳源葡萄糖，按照Na与Cu的原子比100～200:1与水溶性盐模板氯化钠混合，按照NaCl与水的质量比为1:3～10加入去离子水中溶解，磁力搅拌均匀；然后按照碳源中的碳与氮源中的氮原子比为10～100加入氮源尿素溶液，得到均一透明的前驱体溶液；