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对羟基苯甲酸分子吸附在银纳米颗粒上的吸附行为的实验和理论研究

作　者: 吴慧军
导　师: 张鹏翔
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 吸附行为 密度泛函理论(DFT) 对羟基苯甲酸(PHBA) 薄层色谱铝箔板(TLCAS) 银纳米颗粒
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


自从1974年Fleischman发现表面增强拉曼散射(SERS)以来,以金、银等贵金属为基底的SERS技术在高灵敏度、高荧光淬灭等方面表现出了极大优势,并被广泛应用在分子与基底表面相互作用的研究中。然而其拉曼产生机理仍然有很多争论,而进一步扩大其应用范围又需要对机理进行更为深入的研究,尤其是研究分子与基底表面之间的吸附机理以及吸附取向等问题。 当分子吸附在基底上时,如果基底表面的性质发生变化,吸附物的SERS光谱也会随之发生变化,这就使得光谱的分析变得困难。传统的分析方法是根据拉曼峰的频移以及拉曼峰的增强或减弱来猜测吸附物吸附在基底上的吸附取向、几何结构和吸附的本质,等等。然而,由于SERS会受到很多因素的影响,比如不同的基底、表面形态、结构、温度,甚至是pH值。因此,这种猜测的准确性一直困扰着研究人员来做出正确的判断;而且吸附模型的合理性以及相关理论并没有得到有效的检验,这就给SERS的机理研究和SERS技术的应用都带来了很多的困难。在理论上,其困难在于如何建立一个简单的模型,它既要能恰当描述吸附物和基底之间的吸附关系,同时又要能便于计算吸附物的振动光谱。 在本文中,我们利用红外激发得到了对羟基苯甲酸(PHBA)分子吸附在银胶溶液和沉积了银纳米颗粒的薄层色谱铝箔板(TLCAS)上的拉曼光谱。从中发现PHBA分子在银胶溶液和TLCAS上的吸附行为有很大的不同。在银胶溶液中,PHBA分子是通过羧基直立的吸附在银纳米颗粒表面上的;而在TLCAS上,PHBA分子是倾斜甚至是平躺吸附的。而在TLCAS上时,当银纳米颗粒和PHBA分子之间的比例改变时,吸附行为也会改变。因此,对于PHBA分子吸附在银胶溶液和TLCAS上的这两种情况,我们分别建立了两个模型:第一个模型是PHBA通过羧基吸附在一个银原子上面,第二个模型是PHBA通过羧基和羟基吸附在两个银原子上面。对于这两个模型我们在Gaussian2003软件应用了DFT-B3PW91/lanl2dz方法来计算它们的拉曼光谱。 将实验得到的拉曼光谱与计算得到的拉曼光谱相比较可以得知,虽然我们只用一个银原子来代替银的纳米颗粒来作为衬底,但是相应频率的平均相对误差在2%以内,所以这两个模型的建立是比较合理的,可以认为这两个模型能够比较好的描述这两种实验情况。

全文目录


第一章 表面增强拉曼散射(SERS)  9-24
  1．1 SERS简介  9
  1．2 SERS的理论模型  9-19
    1．2．1 SERS的物理类模型  10-13
    1．2．2 SERS的化学类模型  13-14
    1．2．3 SERS的表面选择定则  14-19
  1．3 SERS光谱分析方法  19-21
    1．3．1 常用的SERS光谱分析方法  19-20
    1．3．2 分子振动光谱分析概况及展望  20-21
  1．4 SERS的主要应用  21-24
第二章 计算化学的理论背景  24-47
  2．1 计算化学概述  24-25
  2．2 密度泛函理论  25-37
    2．2．1 Thomas-Fermi模型  25-26
    2．2．2 Hohenberg-Kohn定理  26-28
    2．2．3 Kohn-Sham方法  28-30
    2．2．4 交换相关能泛函  30-37
  2．3 基组的影响  37-40
    2．3．1 最小基组  37-38
    2．3．2 分裂基组  38
    2．3．3 极化基组  38
    2．3．4 弥散函数  38-39
    2．3．5 高角动量基组  39
    2．3．6 第三周期以后的原子的基组  39-40
  2．4 几何优化  40-42
    2．4．1 势能面  40
    2．4．2 寻找极小值  40-41
    2．4．3 寻找过渡态  41
    2．4．4 难处理的优化  41-42
  2．5 频率分析  42-47
    2．5．1 预测红外和拉曼光谱  42
    2．5．2 频率和强度  42
    2．5．3 矫正因子和零点能  42-44
    2．5．4 零点能和内能  44-45
    2．5．5 极化率和超极化率  45
    2．5．6 表征稳定点  45-47
第三章 苯及苯衍生物的简正振动  47-52
  3．1 分子振动简介  47
  3．2 苯及苯衍生物的简正振动  47-52
第四章 运用FT-Ramon和DFT理论来研究PHBA分子吸附在银纳米颗粒上的吸附行为  52-59
  4．1 实验方法  52-54
    4．1．1 银胶体系的制备方法  52
    4．1．2 样品的制备方法  52-53
    4．1．3 大型仪器  53-54
  4．2 理论计算和模型  54-59
    4．2．1 结果与讨论  55-59
第五章 结论  59-60
参考文献  60-66
Acknowledgements  66-67
Appendix A Publications  67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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