一种用于SERS检测的碳化硅/红磷复合材料及其制备方法

一种用于sers检测的碳化硅/红磷复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及材料工程及纳米技术领域，尤其是涉及一种可用于sers检测的碳化硅/红磷复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.表面增强拉曼光谱是一种强大的振动光谱技术，能够根据分析物独特的分子指纹特征进行快速无损分析。由于拉曼信号对表面增强拉曼光谱(sers)基底的强烈依赖性，人们致力于制备合适的sers基底，以满足灵敏度、均匀性、稳定性和再现性的基本分析要求。近年来，由于具有单分子级别的超高检测灵敏度、简易的操作流程以及直观可视的检测结果，该技术被广泛应用于各种条件下的生物化学分子检测之中。要实现其优良的检测性能，具有sers活性的基质材料的制备十分关键。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于sers检测的薯塔状碳化硅/红磷复合材料的制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：
6.第一方面，本发明提供一种用于sers检测的薯塔状碳化硅/红磷复合材料，该材料由薯塔状碳化硅和红磷两部分组成，红磷均匀地附着在薯塔状碳化硅表面。其中，根据混合不同的摩尔比的碳化硅和红磷，制作碳化硅/红磷复合基底。
7.第二方面，本发明提供一种可用于sers检测的薯塔状碳化硅/红磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将聚碳硅烷和二乙烯基苯溶解于有机溶剂中，在催化剂的催化下反应得到聚碳硅烷凝胶，干燥并进行热处理得到碳化硅/碳前躯体气凝胶，将所述碳化硅/碳前躯体气凝胶、稻壳炭和硅混合，在无氧氩气保护条件下煅烧，得到碳化硅气凝胶；
9.(2)将碳化硅气凝胶进行超声清洗，浸入氢氟酸溶液中，在紫外光照射下超声分散；静置，倒出上清液，剩下的溶液为溶液a；再将溶液a加入去离子水，再经紫外光超声分散处理和分离；重复上述步骤若干次，再将溶液a离心，随后将其分散到去离子水中，再经离心处理，重复上述操作直至溶液ph为7，得到碳化硅纳米线；
10.(3)将碳化硅纳米线和红磷混合，放入马弗炉中加热，待加热完成后取出，即得到碳化硅/红磷复合材料。
11.进一步的，步骤(1)中，催化反应的条件为：在70～90℃无氧条件下反应4～8h。
12.进一步的，聚碳硅烷中的si-h与二乙烯基苯中的ch2＝ch-的摩尔比为5～20。
13.进一步的，步骤(1)中，热处理是指在无氧情况下在1000～2000℃下保温1～6h。
14.进一步的，所述碳化硅/碳前躯体气凝胶、稻壳炭和硅粉的摩尔比为1：2：2。
15.进一步的，步骤(1)中，1000～1800℃煅烧0.5～5h。
16.进一步的，超声清洗具体为分别在丙酮、无水乙醇，去离子水中超声清洗10～20min。
17.进一步的，氢氟酸溶液的质量百分比浓度为98％。
18.进一步的，在紫外光照射下超声分散0.5～3h。
19.进一步的，静置时间为30～500min。
20.进一步的，碳化硅处理过程是处于超声浴的环境下进行，超声浴的参数：超声功率为150w，溶液温度为30～50℃，紫外光参数为波长365nm，光功率为5～10w。
21.进一步的，碳化硅纳米线和红磷的摩尔比为1～3.5：1。
22.进一步的，马弗炉中加热条件为：升温速率为每分钟升3～10℃，加热温度为800～1000℃，保温时间为60～600min。
23.第三方面，本发明提供上述碳化硅/红磷复合材料作为sers基底的应用；所述应用可以为对于亚甲基蓝分子的检测。
24.碳化硅/红磷复合材料作为sers基底，具有良好的生物相容性和环境稳定性，以及较高的化学增强效应。同时，薯塔状基底的引入可以进一步提高基底与检测分子之间的化学增强效应，有利于提高sers技术的检测灵敏度。此外，基于碳化硅/红磷复合材料的sers技术对于亚甲基蓝分子的检测能够实现更高灵敏度的诊断。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了一种可用于sers检测的碳化硅/红磷复合材料的实现对于亚甲基蓝分子的检测，该材料由薯塔状碳化硅和红磷两部分组成。其中，根据混合不同的摩尔比的碳化硅和红磷，制作碳化硅/红磷复合基底。其优势在于薯塔状碳化硅表面具有大量的比表面积，有利于获得同红磷材料的复合，极大地增强吸附分子的拉曼信号。同时，碳化硅和红磷两种材料，具有匹配的能带结构，能够提高化学增强的能力。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1为本发明实施例1中制备的薯塔状碳化硅的扫描电子显微镜照片；
28.图2为本发明实施例1中制备的碳化硅/红磷复合材料的扫描电子显微镜照片；
29.图3为本发明实施例1中制备的碳化硅/红磷复合材料的xrd检测；
30.图4为本发明实施例1中制备的碳化硅/红磷复合材料对亚甲基蓝分子的sers检测；
31.图5为本发明实施例2中制备的碳化硅/红磷复合材料的扫描电子显微镜照片；
32.图6为本发明实施例2中制备的碳化硅/红磷复合材料对亚甲基蓝分子的sers检测；
33.图7为本发明实施例3中制备的碳化硅/红磷复合材料的扫描电子显微镜照片；
34.图8为本发明实施例3中制备的碳化硅/红磷复合材料对亚甲基蓝分子的sers检测。
具体实施方式
35.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
37.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
38.实施例1
39.一种碳化硅/红磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
40.(1)碳化硅气凝胶的制备
41.将聚碳硅烷和二乙烯基苯溶解于有机溶剂中，在90℃无氧条件下，karstedt催化剂催化反应4h，得到聚碳硅烷凝胶，随后将其经干燥后得到聚碳硅烷气凝胶，再将聚碳硅烷气凝胶经过热处理得到碳化硅/碳前躯体气凝胶，最后将其和稻壳炭和硅粉按摩尔比例混合在无氧氩气保护条件下1800℃煅烧0.5h，得到碳化硅气凝胶。
42.(2)薯塔状碳化硅纳米线的制作
43.称取5g制备的碳化硅气凝胶，分别在丙酮、无水乙醇，去离子水中超声清洗10min，再浸入50ml的98％氢氟酸溶液中，在紫外光照射下超声分散0.5h。超声结束后，静置30min，倒出上清液(90ml)，剩下的溶液成为溶液a。再将溶液a加入一定量的去离子水(90ml)，再经紫外光超声分散处理和分离。重复上述步骤5次后，再将溶液a放入离心管经离心得到碳化硅纳米线，随后将其分散到去离子水中，再经离心处理，重复上述操作直至溶液ph为7，得到不含杂质、单分散、晶相为3c相，密度为3.21g/cc，尺寸分布均匀的直径为50nm，长度为10μm的单晶薯塔状碳化硅，干燥后储存待用。上述的碳化硅处理过程是处于超声浴的环境下进行，超声浴的参数：超声功率为150w，溶液温度为30℃，紫外光参数为波长365nm，光功率为5w。
44.(3)碳化硅/红磷复合材料的制备
45.取0.01摩尔的上述处理后的碳化硅纳米线与0.01摩尔的红磷混合均匀加入铂管密封。将密封后的铂管放入马弗炉中加热，升温速率为每分钟升3℃，加热温度为800℃，保温时间为60min，待加热完成后样品随炉自然冷却到室温后取出，即得到碳化硅/红磷复合材料。
46.图1显示出本实施例中制备的碳化硅材料的透射电子显微镜照片。从图1中可以看出，所制备的碳化硅为薯塔状结构。
47.图2显示出本实施例中制备的碳化硅/红磷复合材料的透射电子显微镜照片。从图2中可以看出，红磷均匀的附着在薯塔状碳化硅表面。
48.图3显示出本实施例中制备的碳化硅/红磷复合材料的xrd图谱。
49.图4为采用碳化硅/红磷复合材料检测亚甲基蓝分子的sers图谱，其1621波数处的强度为7690，远远高于于采用单独的碳化硅材料(2690)的拉曼增强效果。这主要是由于碳化硅/红磷复合材料产生的化学增强作用所导致的。
50.实施例2
51.一种碳化硅/红磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
52.(1)碳化硅气凝胶的制备
53.将聚碳硅烷和二乙烯基苯溶解于有机溶剂中，在70℃无氧条件下，karstedt催化剂催化反应8h，得到聚碳硅烷凝胶，随后将其经干燥后得到聚碳硅烷气凝胶，再将聚碳硅烷气凝胶经过热处理得到碳化硅/碳前躯体气凝胶，最后将其和稻壳炭和硅粉按摩尔比例混合在无氧氩气保护条件下1000℃煅烧5h，得到碳化硅气凝胶。
54.(2)薯塔状碳化硅纳米线的制作
55.称取5g制备的碳化硅气凝胶，分别在丙酮、无水乙醇，去离子水中超声清洗20min，再浸入500ml的98％氢氟酸溶液中，在紫外光照射下超声分散3h。超声结束后，静置500min，倒出上清液(450ml)，剩下的溶液成为溶液a。再将溶液a加入一定量的去离子水(450ml)，再经紫外光超声分散处理和分离。重复上述步骤8次后，再将溶液a放入离心管经离心得到碳化硅纳米线，随后将其分散到去离子水中，再经离心处理，重复上述操作直至溶液ph为7，得到不含杂质、单分散、晶相为3c相，密度为3.21g/cc，尺寸分布均匀的直径为50～300nm，长度为10～100μm的单晶薯塔状碳化硅，干燥后储存待用。上述的碳化硅处理过程是处于超声浴的环境下进行，超声浴的参数：超声功率为150w，溶液温度为50℃，紫外光参数为波长365nm，光功率为10w。
56.(3)碳化硅/红磷复合材料的制备
57.取0.02摩尔的上述处理后的碳化硅纳米线与0.01摩尔的红磷混合均匀加入铂管密封。将密封后的铂管放入马弗炉中加热，升温速率为每分钟升10℃，加热温度为1000℃，保温时间为600min，待加热完成后样品随炉自然冷却到室温后取出，即得到碳化硅/红磷复合材料。
58.图5显示出本实施例中制备的碳化硅/红磷复合材料的透射电子显微镜照片。从图5中可以看出，红磷均匀的附着在薯塔状碳化硅表面。
59.图6为采用碳化硅/红磷复合材料检测亚甲基蓝分子的sers图谱，其1621波数处的强度为4494，远远高于于采用单独的碳化硅材料(2690)的拉曼增强效果。这主要是由于碳化硅/红磷复合材料产生的化学增强作用所导致的。
60.实施例3
61.一种碳化硅/红磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
62.(1)碳化硅气凝胶的制备
63.将聚碳硅烷和二乙烯基苯溶解于有机溶剂中，在90℃无氧条件下，karstedt催化剂催化反应6h，得到聚碳硅烷凝胶，随后将其经干燥后得到聚碳硅烷气凝胶，再将聚碳硅烷气凝胶经过热处理得到碳化硅/碳前躯体气凝胶，最后将其和稻壳炭和硅粉按摩尔比例混合在无氧氩气保护条件下1500℃煅烧2h，得到碳化硅气凝胶。
64.(2)薯塔状碳化硅纳米线的制作
65.称取5g制备的碳化硅气凝胶，分别在丙酮、无水乙醇，去离子水中超声清洗20min，再浸入100ml的98％氢氟酸溶液中，在紫外光照射下超声分散2h。超声结束后，静置60min，倒出上清液(100ml)，剩下的溶液成为溶液a。再将溶液a加入一定量的去离子水(200ml)，再经紫外光超声分散处理和分离。重复上述步骤7次后，再将溶液a放入离心管经离心得到碳化硅纳米线，随后将其分散到去离子水中，再经离心处理，重复上述操作直至溶液ph为7，得到不含杂质、单分散、晶相为3c相，密度为3.21g/cc，尺寸分布均匀的直径为50～300nm，长
度为10～100μm的单晶薯塔状碳化硅，干燥后储存待用。上述的碳化硅处理过程是处于超声浴的环境下进行，超声浴的参数：超声功率为150w，溶液温度为40℃，紫外光参数为波长365nm，光功率为8w。
66.(3)碳化硅/红磷复合材料的制备
67.取0.035摩尔的上述处理后的碳化硅纳米线与0.01摩尔的红磷混合均匀加入铂管密封。将密封后的铂管放入马弗炉中加热，升温速率为每分钟升5℃，加热温度为900℃，保温时间为120min，待加热完成后样品随炉自然冷却到室温后取出，即得到碳化硅/红磷复合材料。
68.图7显示出本实施例中制备的碳化硅/红磷复合材料的透射电子显微镜照片。从图7中可以看出，红磷均匀的附着在薯塔状碳化硅表面。
69.图8为采用碳化硅红磷复合材料检测亚甲基蓝分子的sers图谱，其1621波数处的强度为3913，远远高于于采用单独的碳化硅材料(2690)的拉曼增强效果。这主要是由于碳化硅/红磷复合材料产生的化学增强作用所导致的。
70.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。