[发明专利]一种SiO2@Ag@ZrO2多层核壳结构纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于SERS检测的SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料的制备方法，步骤简单、操作方便，制备得到的SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料中，Ag纳米粒子在SiO₂微球表面均匀吸附，可以产生重复性高稳定性强的SERS信号，具有优异的拉曼增强效果；且外部包裹ZrO₂其稳定性高，可以提高环境适应性，保护Ag纳米粒子不受破坏。

技术领域

本发明涉及SERS检测技术领域，更具体的说是涉及一种SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)是一种功能强大的振动光谱分析技术，可以在等离子体纳米结构表面或单分子水平上提供无损和超灵敏的表征，可以提供红外光谱分析中难度较大的低波数区域的信息，具有指纹图谱、单分子水平的灵敏度和无损数据采集能力，在农业生产、环境监测、化学分析和食品安全等领域具有广阔的应用前景。目前，贵金属纳米粒子由于其广泛的等离子体共振区和表面等离子体共振的拉曼信号放大效应，在可见光区域表现出较强的拉曼增强效果，被广泛用作SERS活性底物。

但是，现阶段采用的SERS活性底物材料仍存在明显技术缺陷，一方面，现有的SERS活性底物材料中贵金属纳米粒子分布均匀性差，从而造成吸附在 SERS活性底物上的分析物的分布程度不均匀，进而造成很难利用表面增强拉曼散射获得可重复信号。另一方面，以银为代表的贵金属纳米粒子容易受到环境的影响，从而导致拉曼信号降低；且利用银纳米粒子作为基底时，银纳米粒子在空气中容易被氧化，从而导致基底结构破坏。所以，利用银纳米粒子作为SERS底物进行拉曼检测时，需要考虑实际的测试环境，严重限制了 SERS的实际应用范围。

因此，如何提高用于SERS检测的纳米材料中贵金属纳米粒子分布均匀性、同时提高纳米材料的环境适应性是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于SERS检测的SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料的制备方法，步骤简单、操作方便，制备得到的 SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料中，Ag纳米粒子在SiO₂微球表面均匀吸附，可以产生重复性高稳定性强的SERS信号，具有优异的拉曼增强效果；且外部包裹ZrO₂其稳定性高，可以提高环境适应性，保护Ag纳米粒子不受破坏。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料，所述纳米材料由SiO₂内核、包裹在所述SiO₂内核表面的银纳米层和包裹于所述银纳米层表面的ZrO₂壳层；所述SiO₂内核的粒径为375nm～425nm，所述银纳米层的厚度为 20nm～30nm，所述ZrO₂壳层的厚度为3～5nm。

本发明还提供了一种SiO₂@Ag@ZrO₂多层核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备SiO₂微球：将正硅酸乙酯与氨水在乙醇溶剂中反应；然后经过分离、纯化制备得到SiO₂微球；

(2)制备改性SiO₂微球：将3-氨丙基三甲氧基硅烷加入至上述SiO₂微球的溶液中进行反应；依次经过分离、纯化制备得到改性SiO₂微球；