1、拉曼散射是分子對光子的一種非彈性散射現象，它可以反映分子的結構信息。分子化學鍵的振動和結構的微小變化都能靈敏地反映在拉曼散射光譜上，因此拉曼光譜可用來對物質進行分析、鑒別和定量，它的優(yōu)勢包括快速、無損、分辨率高和操作簡便等。而表面增強拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）技術的出現則進一步推進了拉曼技術的應用與發(fā)展，因為它克服了傳統(tǒng)拉曼散射強度較低，同時熒光背景干擾較大等缺點。
　

2、　近20年來，作為SERS技術的根本，高活性SERS襯底的制備一直是SERS領域的一個研究熱點。然而，單純地去開發(fā)新的SERS襯底，不斷提高襯底的增強效果已經不能滿足社會生產生活中的實際需求。近些年來，人們更多的研究重點是SERS應用的拓展，致力于將SERS技術與其他技術相結合，從而發(fā)揮出這種高效靈敏無損檢測技術的更大價值。
　　本文首先以一種技術成熟、增強效果優(yōu)異的銀硅襯底為基礎，拓展了SERS技術在生命科學方面的應用，主要是實

3、現了葡萄糖分子的間接定量檢測。并以此為基礎，又成功通過差值法的思想實現了另一種重要生物小分子ATP的定量檢測，該研究對于疾病的治療和預防具有指導意義。隨后又采用脫合金腐蝕的方法制備了新型的納米多孔金（nanoporous gold，NPG）材料，將SERS技術與化學反應的實時原位檢測相結合，致力于通過原位SERS技術來分析和理解化學反應機理，從而合理確定反應條件，提高反應的選擇性、產物質量和收率，這對于當下人類社會面臨的能源危機和環(huán)境問

4、題都有著不言而喻的重要意義。論文的主要研究內容分為以下四個方面:
　　一、實現兩種重要生物分子葡萄糖和ATP的定量檢測。在研究過程中，采用本實驗室開發(fā)的增強效果優(yōu)異的銀硅襯底，首先通過對色素CTC(charge transfer complex)的拉曼測試實現了葡萄糖分子的間接定量檢測，檢測限低至2.5×10-7M;而且相比于傳統(tǒng)的分光光度法，該技術更加快速，更加靈敏。隨后，在此基礎上，結合葡萄糖磷酸化的反應過程，本課題開創(chuàng)性地提

5、出了差值法檢測ATP的新思路，成功地實現了ATP分子的定量檢測，檢測限低至4.69×10-7M。在此過程中還詳細討論了葡萄糖分子與ATP的濃度關系，并且通過驗證實驗證實了該差值法不僅靈敏度高，同時也具有較高的準確性。該項工作不僅為SERS技術用于生物分子的檢測開拓了一種新思路，同時實現這些重要生物分子的快速精確檢測對于疾病的診斷和預防也具有重要的意義。
　　二、NPG的制備及其性能表征。近些年來，由于具有比表面積大，化學性能穩(wěn)定、

6、導電能力強等優(yōu)點，NPG成為了生命科學、化學、光學以及拉曼散射等多個領域的研究熱點。在該部分，本課題以金銀合金為原材料，使用簡單易行的脫合金腐蝕方法制備出NPG襯底，正面和側面的掃描電子顯微鏡圖像清晰地展示了其多孔化結構，而且可以輕松地通過對腐蝕時間的控制實現NPG孔徑尺寸的調控。通過對羅丹明6G分子的濃度系列測試證明了該襯底具有優(yōu)異的SERS性能;同時還計算出其增強因子(enhancement factor,EF)高達106。該增強性

7、能優(yōu)異、化學穩(wěn)定性好、導電能力強的SERS襯底在化學反應的原位監(jiān)測方面有著廣闊的應用前景。
　　三、原位SERS技術對對硝基苯硫酚(p-nitrothiophenol，pNTP)分子的光催化還原過程的研究。本課題以NPG為襯底，利用其SPR(surface plasmon resonance)光吸收的性質，進行了pNTP分子的光催化還原實驗。本部分研究的創(chuàng)新點主要有三點:(1)納米多孔金基底不僅催化了對硝基苯硫酚還原反應的進行，同

8、時它還是一個高活性的SERS襯底，從而在光催化反應進行的同時，進行實時的原位拉曼檢測，實現對整個反應過程的實時動態(tài)監(jiān)測;(2)pNTP分子可以通過“Au-S”錨定在納米多孔金襯底的表面，因此不僅能定性地，而且可以定量地實現對拉曼測試結果的分析;(3)激光光源不僅僅是拉曼檢測的激勵光源，同時也是光催化反應的光源。這不僅促進了氧化還原反應的發(fā)生，同時也簡化了實驗裝置。研究結果表明，在沒有負載鉑、鈀等金屬的情況下，必須有光照和還原劑硼氫化鈉的

9、共同作用才能實現pNTP的還原，而且還只能還原到對巰基偶氮苯這一中間產物，不能完全還原到對氨基苯硫酚。
　　四、原位SERS技術對pNTP電化學還原過程的研究。電化學反應由于具有安全、清潔、工藝簡單和能源轉化率高等優(yōu)點，已經得到了廣泛的關注，并且具有廣闊的應用前景。本課題以硝基苯的電化學還原反應為研究對象，將NPG作為SERS襯底和工作電極，搭建一個電化學反應的原位SERS監(jiān)測平臺，實現對電化學反應機理的研究（包括分子的轉變，中間

10、產物的捕獲，反應的動力學信息等）。結果表明，無論是酸性還是堿性條件，都是直接還原過程占據主導地位;同時，本課題開創(chuàng)性利用斷電操作揭示了還原過程中的中間產物在酸堿性電解質中的不同光穩(wěn)定性;最后，結合密度泛函理論(density functional theory,DFT)計算，從反應的吉布斯自由能的變化對斷電后酸堿性電解質中的不同原位SERS光譜變化進行了分析，DFT計算結果與實驗現象相吻合?；谠撜n題的研究，搭建了電化學原位SERS監(jiān)測