Coatings：溶膠-凝膠技術和靜電紡絲法合成二氧化硅-羥基磷灰石-銀納米纖維用于SEIRAS和SERS

DOI:10.3390/coatings10100910

表面增強拉曼光譜（SERS）和表面增強紅外吸收光譜（SEIRAS）都是金屬納米結構表面等離激元激發的新技術。金屬表面發出的光與附近分子的振動躍遷耦合，從而增強了其光譜響應，并導致了更靈敏和有效的光譜分析。缺乏廉價且可再生的基材是該技術準確實施和最佳性能的主要障礙之一。通過溶膠-凝膠合成和靜電紡絲技術開發了一種基于二氧化硅-羥基磷灰石的低成本活性基材。在電紡墊上于1150℃燒結后，制備出直徑為512±199nm的纖維。將纖維固定在銦錫氧化物（ITO）玻璃基底上，在不同時間段用10和20mM AgNO3在1.5和3.3V下進行電沉積。電沉積在纖維上產生銀納米棒和納米立方體。使用1nM吡啶測試了9種載體的SERS和SEIRAS活性，并將其與1mM吡啶的光譜進行了比較。在SEIRAS試驗中，在3.3V下將載體與10mM硝酸銀溶液摻雜2min，在3335 cm-1處的增強因子為2.01×106。在1.5V下將基底與10mM硝酸銀溶液摻雜5分鐘，在1567 cm-1處獲得最高的SERS增強因子，為3.46×108。用10-4 M紫色晶體溶液對兩個樣品進行測試后，均未發現SERS增強因子，但在光譜中觀察到更高的波段分辨率。

圖1.（a）SiO2-HA-聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纖維在50、200和400℃下的紅外光譜，以及（b）SiO2-HA-聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纖維在600、800、1000和1150℃下的紅外光譜。

圖2.（a）SiO2-HA-PVP纖維在50至400℃之間的拉曼光譜，（b）SiO2-HA纖維在600至1150℃之間的拉曼光譜，（c）SiO2-HA纖維在1150℃下燒結的拉曼光譜。

圖3.（a）初生SiO2-HA-PVP纖維的顯微照片（10,000×），（b）直徑分布圖和（c）EDS光譜；（d）初生SiO2-HA-PVP纖維在400℃下的顯微照片（10,000×），（e）直徑分布圖和（f）EDS光譜；（g）初生SiO2-HA-PVP纖維在800℃下的顯微照片（10,000×），（h）直徑分布圖，以及（i）EDS光譜；（j）初生SiO2-HA-PVP纖維在1150℃下的顯微照片（10,000×），（k）直徑分布圖和（l）EDS光譜。

圖4.SiO2-HA纖維在50、400、800和1150℃下的X射線衍射圖。

圖5.載體F1至F3的SiO2-HA-Ag復合材料的顯微照片：（a）20,000×和（b）40,000×的F1；（c）20,000×和（d）40,000×的F2，以及（e）20,000×和（f）40,000×的F3。

圖6.載體F4至F6的SiO2-HA-Ag復合材料的顯微照片：（a）20,000×和（b）40,000×的F4；（c）20,000×和（d）40,000×的F5，以及（e）10,000×和（f）20,000×的F6。

圖7.載體F7至F9的SiO2-HA-Ag復合材料的顯微照片：（a）20,000×和（b）40,000×的F7；（c）20,000×和（d）40,000×的F8，（e）20,000×和（f）40,000×的F9。

圖8.1V下SiO2-HA復合材料與10mM AgNO3摻雜5分鐘的X射線衍射圖。

圖9.1.5V下，在10mM AgNO3溶液中摻雜了2、3和5分鐘的載體上的1nM吡啶和1mM吡啶（黑色）的紅外光譜。

圖10.3.3V下，在10mM AgNO3溶液中摻雜了2、3和5分鐘的載體上的1nM吡啶和1mM吡啶（黑色）的紅外光譜。

圖11.3.3V下，在20mM AgNO3溶液中摻雜了2、3和5分鐘的載體上的1nM吡啶和1mM吡啶（黑色）的紅外光譜。

圖12.1.5V下，1nM吡啶在與10mM AgNO3溶液摻雜2、3和5分鐘的載體上的表面增強拉曼光譜（SERS），以及1mM吡啶的拉曼光譜（黑色）。

圖13.3.3V下，1nM吡啶在與10mM AgNO3溶液摻雜2、3和5分鐘的載體上的SERS光譜，以及1mM吡啶的拉曼光譜（黑色）。

圖14.3.3V下，1nM吡啶在與20mM AgNO3溶液摻雜2、3和5分鐘的載體上的SERS光譜，以及1mM吡啶的拉曼光譜（黑色）。

圖15.計算的帶面積，以任意單位（a.u.）表示：在摻雜2、3和5分鐘的SiO2-HA-Ag載體的每個光譜中，1mM吡啶溶液（0分鐘）和1nM吡啶溶液（a）在1264 cm-1，（b）在1355 cm-1，（c）在1480 cm-1，（d）在1567 cm-1處的帶面積。

圖16.在非SiO2-HA-Ag基底條件下獲得的10-4 M結晶紫的拉曼光譜。

圖17.放置在載體F3、F4和F7上的10-4 M結晶紫的SERS光譜，以及10-4 M結晶紫（黑色）的拉曼光譜，限制在1200至1700 cm-1區間內。

圖18.放置在載體F3和F4上的10-4 M結晶紫的SERS光譜。