Testování nanomateriálů na bázi oxidů kovů pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii

Abstract

Metal oxides represent suitable non-plasmonic substrates for SERS spectroscopy, providing good spectral reproducibility, chemical stability and photocatalytic properties. The weak enhancement of the SERS signal, which is their disadvantage, can be significantly increased by creating a heterostructure with a plasmonic metal. In this thesis, we studied and tested metal oxides (vanadium, titanium and tungsten) in combination with nanoislands of Ag, Au, Cu and Pd, prepared by magnetron sputtering with subsequent annealing. Methylene blue was chosen as a model molecule for SERS measurements. For titanium and tungsten oxides, we demonstrated the possibility of cleaning the substrates using UV radiation. The V2O5/Au substrate proved to be the best for SERS measurements, where Au deposition increases the efficiency of the chemical (charge-transfer) mechanism compared to substrates without Au, but the appropriate morphology of the Au nanoislands also increases the electromagnetic mechanism. The maximum enhancement (1200×) of the SERS signal was achieved for a smooth V2O5 layer with Au, while the enhancement for V2O5 nanoparticles with Au was 40 times smaller. For substrates formed by V2O5 nanoparticles with Au, we obtained very good spectral reproducibility with a relative standard deviation of the SERS signal of...

Oxidy kovů představují vhodné neplasmonické substráty pro SERS spektroskopii, které poskytují dobrou spektrální reprodukovatelnost, chemickou stabilitu a fotokatalytické vlastnosti. Slabé zesílení SERS signálu, které je jejich největší nevýhodou, lze podstatně zvýšit vytvořením heterostruktury s plasmonickým kovem. V této práci jsme se zabývali studiem a testováním oxidů kovů (vanad, titan a wolfram) v kombinaci s nanoostrůvky z Ag, Au, Cu a Pd, připravených magnetronovým naprašováním s následným žíháním. Jako modelová molekula pro SERS měření byla zvolená methylenová modř. Pro titan a wolfram oxidy jsme prokázali možnost čištění substrátů pomocí UV záření. Pro SERS měření se nejlepší ukázal substrát V2O5/Au, kde depozice Au zvyšuje účinnost chemického (přenos náboje) mechanismu ve srovnání se substráty bez Au, ale vhodná morfologie Au nanoostrůvků zvyšuje i elektromagnetický mechanismus. Maximální zesílení (1200×) SERS signálu bylo dosaženo pro hladkou V2O5 vrstvu s Au, zatímco zesílení pro V2O5 nanočástice s Au bylo zesílení 40 krát menší. Pro substráty tvořené V2O5 nanočásticemi s Au jsme získali velmi dobrou spektrální reprodukovatelnost s relativní standardní odchylkou SERS signálu 10%. V2O5/Au heterostruktury připravené a testované v této práci představují nové a perspektivní substráty pro citlivou a...