[发明专利]一种可重复利用基于石墨烯-贵金属纳米粒子复合物杂化薄膜及其制备方法

说明书

一种可重复利用基于石墨烯‑贵金属纳米粒子复合物杂化薄膜及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。该薄膜被用作基板来显著增强拉曼散射信号。通过一步还原法制备了石墨烯‑贵金属纳米粒子复合物，将贵金属纳米粒子原位组装在氧化石墨烯的表面，然后将制备得的复合物采用溶胶凝胶法掺杂到有机无机杂化介孔薄膜中，从而制备了一系列基于石墨烯‑贵金属纳米粒子复合物有机无机杂化介孔薄膜基板。以解决现阶段石墨烯增强拉曼散射技术增幅小以及表面增强拉曼散射技术中贵金属纳米粒子不稳定和不可重复利用的问题。所采用的的制备方法操作简单，环境友好，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种可高效重复利用的基于石墨烯-贵金属纳米粒子复合物杂化薄膜及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

拉曼光谱是一种分子振动光谱，可以表征物质的结构，已成功地应用于单分子检测、环境安全、食品安全、生物医药以及建筑材料分析等领域。尤其随着拉曼光谱设备的不断完善，拉曼光谱技术以其快速、准确、价廉、测量时不会破坏样品以及不惧样品中的水分子干扰等独特特点，近年来被大量使用在水泥水化过程、土壤固化机理、防水堵漏等建筑材料的研究中。它能快速表征出材料结构方面的许多重要信息，如：分子的结构及组成、分子相互作用力、结晶度、规整度以及表面和界面的结构等。但其窄散射截面、低信号转化率以及来自被测物的荧光干扰，导致了拉曼光谱显示出低的灵敏度，从而限制了拉曼光谱在建筑材料中的应用范围。因此，如何增强拉曼散射信号来提高拉曼光谱的灵敏度成为了拉曼光谱技术研究的热点。

表面增强拉曼散射技术(SERS)是最常用的增强拉曼散射信号的方法。它的增强机理是样品分子与具有等离子体性质的贵金属纳米粒子表面(金、银和铜等)发生化学和电磁相互作用，引起拉曼散射信号显著增强。但贵金属纳米粒子自身存在很多弊端，例如：价格昂贵、极易被氧化而失效因而需要极端的存储条件、在拉曼光束照射下不稳定、不可重复利用。

石墨烯是一种以蜂巢状晶格结构为特征的二维碳基材料，具有优异的光学、电学、力学稳定性，被广泛应用于材料学、能源、光电子器件、生物医学和药物传递等领域。近年来，石墨烯被发现具有增强拉曼散射信号的性能，形成了石墨烯增强拉曼散射技术(GERS)，它是通过样品分子与石墨烯表面之间弱的化学作用力(静电作用力、范德华力和π-π作用力等)，引起电子转移来实现。虽然石墨烯具有价格低廉、性质稳定、能猝灭荧光等优点，但由石墨烯引起的这种化学增强作用很微弱，拉曼散射信号增幅低于10，从而限制了石墨烯增强拉曼散射技术的广泛应用。

有机无机杂化薄膜能够结合有机无机组分的共同的优点，使其成为纳米材料领域研究的热点。它不仅拥有单一组分所不具有的综合性能，同时有机相和无机相之间存在着纳米级甚至是分子级的相互作用。具体来说，与无机薄膜相比，有机无机杂化薄膜具有更好的柔软性和灵活性。而相比于有机薄膜，它具有更好的耐高温性、耐磨性和可重复利用性。另外，高表面积的介孔薄膜能使被测物分子不受拉曼光束尺寸限制，从而有效增强拉曼散射信号。

本发明基于银纳米粒子和石墨烯具有增强拉曼散射信号的性能以及有机无机杂化介孔薄膜良好的耐高温和可重复利用性，将贵金属纳米粒修饰到石墨烯或其衍生物的表面，然后将制得的复合物掺杂到有机无机杂化介孔薄膜中，以解决现阶段石墨烯增强拉曼散射技术增幅小以及表面增强拉曼散射技术中贵金属纳米粒子不稳定和不可重复利用的问题。制得的石墨烯-银纳米粒子复合基板可广泛应用于土木工程、建筑材料、环境污染物以及生物医药的分析检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种可高效重复利用的基于石墨烯-贵金属纳米粒子复合物增强拉曼散射有机无机杂化介孔薄膜及其制备方法。实现方法简述如：首先通过一步还原法将贵金属纳米粒子修饰到氧化石墨烯的表面，制备氧化石墨烯-贵金属纳米粒子复合物，然后运用溶胶凝胶法将这些复合物掺杂到有机无机杂化介孔薄膜中，制备出一系列增强拉曼散射信号的复合基板。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。