一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，具體反應(yīng)過程為將粗糙后的鋁片置入硝酸鈷溶液中，經(jīng)過鋁與鈷離子的置換反應(yīng)使得鋁表面附著鈷而成為表面增強紅外光譜鈷基底，制備過程中沒有使用任何有機物，所制得的基底純凈，無雜質(zhì)，避免了現(xiàn)有基底存在的有機物干擾紅外測試結(jié)果的現(xiàn)象；制備的鈷基底增強效果顯著，并且基底的重現(xiàn)性好、靈敏度高；并且制備方法中原料易得，所有反應(yīng)在室溫進行，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間短，設(shè)備要求低，制作成本很低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面增強紅外光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種表面增強紅外光譜鈷基底的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外光譜和拉曼光譜一樣同屬于分子振動光譜，可以反映分子的特征結(jié)構(gòu)。但是拉曼散射效應(yīng)是個非常弱的過程，一般其光強僅約為入射光強的10,，所以拉曼信號都很弱，要對表面吸附物種進行拉曼光譜研究幾乎都要利用某種增強效應(yīng)?；诒砻嬖鰪娎庾V的研究雖然可以提供結(jié)構(gòu)信息，但是受共振條件的限制，只能給出分子基團結(jié)構(gòu)變化的信息。而紅外光譜可以提供整個化學(xué)分子的振動情況，得到分子在不同狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變化的信息，且紅外光對樣品沒有損傷，是研究分子結(jié)構(gòu)變化的重要手段之一。但是，傳統(tǒng)的紅外光譜檢測樣品需要量大，并很難得到單層分子的紅外振動變化。
[0003]當(dāng)分子吸附在粗糙的金屬顆粒表面上，紅外吸收信號得到10?1000倍的顯著增強，這種現(xiàn)象被稱為表面增強紅外吸收效應(yīng)(Surface-enhanced infrared absorptioneffect, SEIRA)?；诒砻嬖鰪娂t外吸收效應(yīng)的表面增強紅外光譜技術(shù)具有表面靈敏度高，能夠檢測到紅外吸收的變化在10_6數(shù)量級；表面選擇定則簡單，便于分子吸附取向；不受傳質(zhì)阻力限制的優(yōu)點，在分析應(yīng)用方面具有很大的應(yīng)用價值。
[0004]SEIRA可以在Au、Ag和Cu的表面和幾乎所有過渡金屬表面獲得增強效應(yīng)，應(yīng)用表面增強紅外光譜的關(guān)鍵技術(shù)是制備合適的基底?；状嬖谟谳d體之上，傳統(tǒng)的SEIRA基底的制備通常用物理蒸渡的方法，這種方法耗時且對設(shè)備的真空度要求高。
[0005]Wen-Bin Cai等人首次把鎳作為SEIRA基底，具體為通過在ATR單晶硅載體上先沉積一層納米金，再通過電沉積的方法沉積一層鎳而制得，所用材料昂貴，基底制備過程復(fù)雜Jun Zhao等人通過電子束刻蝕多種載體上設(shè)計出開口環(huán)狀金的有序陣列作為基底；Thomas Taubner等人用標(biāo)準(zhǔn)的光蝕刻氟化|丐(CaF2)載體上構(gòu)筑出金的條狀柵欄做 SEIRA 基底(參見:Sheng-Juan Huo, Xiao-Kang Xue, Yan-Gang Yan, Qiao-XiaLi，Min Maj Wen-Bin Cai，Qun-Jie Xu，and Masatoshi Osawa.Extending in SituAttenuated-Total-Reflection Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopyto Ni Electrodes.J.Phys.Chem.B 2006，110，4162-4169 ；Stefano CataldojJun Zhao，F(xiàn)rank Neubrechj Bettina Frank,Chunjie Zhang, Paul V.Braun，andHaraldGiessen.Hole-Mask Colloidal Nanolithography for Large—Area Low-CostMetamaterials and Antenna-Assisted Surface-Enhanced Infrared AbsorptionSubstrates.Cataldo Etal.2012，6 (I): 979 - 985 ；Tao Wang, Vu Hoa Nguyen, AndreasBuchenauerj Uwe Schnakenbergj and Thomas Taubner.Surface enhanced infraredspectroscopy with gold strip gratings.0ptics Express 2013，21 (7):9005-9010);雖然以上基底具有可重現(xiàn)性和多樣性，但是制備成本高、時間很長，不適合工業(yè)化應(yīng)用。
[0006]SEIRA的增強與基底的性質(zhì)有著極大的關(guān)系，基底的形貌、各組成部分之間距離等因素對SEIRA起重要作用，通常認(rèn)為增強顯著的基底由聚集體，比如金屬島狀薄膜組成，聚集體是非連續(xù)的，并且構(gòu)成聚集體的顆粒的尺寸小于入射光的波長，為納米級；比如Osawa公開的SEIRA電極為沉積在紅外窗口反射面上的10?IOOnm的金屬或其合金薄膜(參見:Osawa M.Dynamic processes in electrochemical reactions studied by surfaceenhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS).Bulletin of the ChemicalSociety of Japan, 1997, 70(12): 2861-2880)。
[0007]但是現(xiàn)有構(gòu)成基底的納米粒子的制備為在溶液中通過溶膠凝膠等方法制備，過程中需要用到作為穩(wěn)定劑的有機物，有機物會影響表面增強紅外光譜測試結(jié)果，并且現(xiàn)有基底制備成本高，增強效果不顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其具有原料來源簡單、成本低、反應(yīng)條件溫和、實用性強的優(yōu)點。
[0009]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，以鋁片為載體，包括以下步驟:
(1)將鋁片置入氫氧化鈉水溶液中，55?65秒后取出，用水洗凈，得到粗糙后的鋁片；
(2)將上述粗糙后的鋁片浸入硝酸鈷溶液中，10?12小時后取出，用水洗凈，用氮氣吹干即得到表面增強紅外光譜鈷基底。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述步驟(I)中，氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量濃度為5% ;將鋁片置入氫氧化鈉水溶液中，60秒后取出。
[0011 ] 上述技術(shù)方案中，所述步驟(I)中，將鋁片置入氫氧化鈉水溶液時的溫度為室溫。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，將粗糙后的鋁片浸入硝酸鈷溶液時的溫度為室溫。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，硝酸鈷溶液的濃度為0.2M。
[0014]本發(fā)明還公開了根據(jù)上述方法制備得到的表面增強紅外光譜鈷基底。
[0015]由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
1.本發(fā)明將粗糙后的鋁片置入硝酸鈷溶液中，經(jīng)過鋁與鈷離子的置換反應(yīng)使得鋁表面附著鈷而制備得到表面增強紅外光譜鈷基底，制備過程中沒有使用任何有機物，所制得的基底純凈，無雜質(zhì)，避免了現(xiàn)有基底存在的有機物干擾紅外測試結(jié)果的現(xiàn)象；
2.本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)制備納米顆粒的缺陷，制備的鈷基底上納米級鈷顆粒構(gòu)成微米級聚集體鈷島膜，由鈷顆粒構(gòu)成的鈷島膜之間間隙分布合理；聚集體的尺寸與分布使得基底的增強效果顯著，并且基底的重現(xiàn)性好、靈敏度高；
3.本發(fā)明公開的制備方法中原料易得，所有反應(yīng)在室溫進行，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間短，設(shè)備要求低，制作成本很低，適于推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為實施例一中表面增強紅外光譜鈷基底的TEM圖；
圖2為實施例一中表面增強紅外光譜鈷基底的XRD圖；
圖3為實施例一中MBA的反射紅外光譜圖； 圖4為實施例二中MPy的反射紅外光譜圖；
圖5為實施例三中ABA的反射紅外光譜圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
實施例一:表面增強紅外光譜鈷基底的制備
先對鋁片表面進行清洗，清洗干凈的鋁片在質(zhì)量濃度為0.5%的氫氧化鈉水溶液中粗糙處理60秒；粗糙過的鋁片用超純水清洗，然后放入0.2M的硝酸鈷溶液中，鋁與鈷離子發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)時間12小時左右，然后用超純水清洗，再用氮氣吹干，這樣就得到表面增強紅外光譜鈷基底。
[0018]附圖1為上述表面增強紅外光譜鈷基底的TEM圖，可以看出，基底鈷島膜成密堆積狀，構(gòu)成基底鈷島膜的納米鈷顆粒獨立存在，由鈷顆粒構(gòu)成的聚集體鈷島膜為微米級，并且鈷島膜之間間隙超小或直接相鄰，金屬結(jié)構(gòu)間形成的“熱點”提供相當(dāng)強的電磁場，使得基底的增強效果顯著；附圖2為上述表面增強紅外光譜鈷基底的XRD圖，圖中鈷與鋁的峰清晰可見。
[0019]把上述表面增強紅外光譜鈷基底放入ImM對巰基苯甲酸(MBA)的乙醇溶液中浸泡6小時；用吸附有MBA的鈷基底來測MBA的反射紅外光譜，測試結(jié)果見附圖3，可以看出MBA的特征譜峰得到顯著的增強，如1590.95CHT1對應(yīng)的vc_c (8a)、1542.74CHT1對應(yīng)的v c_c(8b)和 1427.74cm_1 對應(yīng)的 vSC02_。
[0020]實施例二:表面增強紅外光譜鈷基底的制備
先對鋁片表面進行清洗，清洗干凈的鋁片在質(zhì)量濃度為0.8%的氫氧化鈉水溶液中粗糙處理55秒；粗糙過的鋁片用超純水清洗，然后放入0.3M的硝酸鈷溶液中，鋁與鈷離子發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)時間14小時左右，然后用超純水清洗，再用氮氣吹干，這樣就得到表面增強紅外光譜鈷基底。
[0021]把上述表面增強紅外光譜鈷基底放入ImM對巰基吡啶(MPy)的乙醇溶液中浸泡6小時；用吸附有MPy的鈷基底來測MPy的反射紅外光譜，測試結(jié)果見附圖4，可以看出MPy的特征譜峰得到顯著的增強。
[0022]實施例三:表面增強紅外光譜鈷基底的制備
先對鋁片表面進行清洗，清洗干凈的鋁片在質(zhì)量濃度為0.5%的氫氧化鈉水溶液中粗糙處理60秒；粗糙過的鋁片用超純水清洗，然后放入0.2M的硝酸鈷溶液中，鋁與鈷離子發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)時間12小時左右，然后用超純水清洗，再用氮氣吹干，這樣就得到表面增強紅外光譜鈷基底。
[0023]把上述表面增強紅外光譜鈷基底放入ImM對氨基苯甲酸(ABA)的乙醇溶液中浸泡6小時；用吸附有ABA的鈷基底來測ABA的反射紅外光譜，測試結(jié)果見附圖5，可以看出ABA的特征譜峰得到顯著的增強。
【權(quán)利要求】
1.一種制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于，以鋁片為載體，包括以下步驟: (1)將鋁片置入氫氧化鈉水溶液中，55?65秒后取出，用水洗凈，得到粗糙后的鋁片； (2)將上述粗糙后的鋁片浸入硝酸鈷溶液中，10?12小時后取出，用水洗凈，用氮氣吹干即得到表面增強紅外光譜鈷基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于:所述步驟(O中，氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量濃度為5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于:所述步驟(1)中，將招片置入氫氧化鈉溶液中，60秒后取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于:所述步驟(O中，將鋁片置入氫氧化鈉溶液時的溫度為室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，將粗糙后的鋁片浸入硝酸鈷溶液時的溫度為室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備表面增強紅外光譜鈷基底的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，硝酸鈷溶液的濃度為0.2M。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6所述的任意一種方法制備得到的表面增強紅外光譜鈷基底。
【文檔編號】G01N21/3563GK103728266SQ201310749572
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】閆月榮, 鄭軍偉, 馬娟, 周群, 李曉偉, 張艷青, 褚文婭, 李雙雙, 趙偉 申請人:蘇州大學(xué)