CN110441285A - 一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用。所述的制备方法利用氟化锂‑盐酸混合溶液,刻蚀分层前驱体MAX‑Ti3AlC2,获得二维过渡金属碳化物MXene‑Ti3C2少层材料,通过浸泡法将Ti3C2材料附着在纸基上获得新型的SERS纸芯片。本发明所用的制备方法操作简单、价格低廉,制作的芯片具有使用方法简单、携带方便、环保等优点,可用于环境、食品安全等领域的痕量检测。

Description

一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及到表面增强拉曼散射光谱领域,提出了一种新型的SERS基底的制备方法及应用,准确的说是一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用。
背景技术
表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering),具有很高的灵敏度、光谱峰带宽窄、携带分子指纹信息、基底样式灵活、检测方法简便等特点而被广泛用于医学、环境、食品安全等领域。SERS的增强效果受基底材料的种类及性质的影响。目前为止,已经有很多的基于不同的材料的SERS基底被研究,如基于Ag纳米颗粒、Au纳米材料、石墨烯等的硅片、玻璃基底等。但这些基底还存在一定程度的均匀重复性、增强高效性等不同问题,而且硅片、玻璃等硬质衬底在使用和运输携带过程中不太方便。
MXene是一种类石墨烯的新型二维层状材料,因其独特的物理和化学性质而被广泛研究。MXene具有优异的光学性能,在可见光区具有局域表面等离子体共振效应,有很大的比表面积和亲水性,作为SERS基底能够增强其均匀重复性能。
基于MXene的新型SERS纸芯片,成本低,能够获得优异的增强性能,且易于运输携带,可以在SERS领域有很好的应用前景。
发明内容
本发明提供了一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法,通过制备基于MXene-Ti3C2材料的纸基底,用于SERS检测。本方法操作简单,价格低廉,适用于大规模生产。
本发明提出的新型SERS纸芯片的制备方法,主要是以纸为衬底,通过浸泡的方法将MXene纳米片附着在纸衬底上,制成SERS纸芯片。具体操作包括如下步骤:
步骤1:将前驱体MAX加入到氟化锂-稀盐酸的混合溶液中,并同时搅拌,将搅拌后的溶液用离心机以3500rpm/min离心取沉淀物,重复几次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min后,离心60min取上清液,获得MXene溶液;
步骤3:将纸基在MXene溶液中浸泡一段时间,取出后,用超纯水冲洗并在真空干燥箱中烘干,获得SERS纸芯片。
优选的,所述的前驱体MAX是Ti3AlC2,最后的MXene溶液为Ti3C2
优选的,步骤1中加水离心重复7次。
优选的,步骤3所述的纸为实验室滤纸。
优选的,步骤3所述的纸浸泡在MXene溶液中的时间为8-15h。
优选的,干燥温度设为20℃~50℃,干燥时间为10-60min。
优选的,根据不同的检测对象,拉曼激发光选择532nm或633nm。
优选的,上述方法制备得到的SERS纸芯片可用于痕量物质的检测。
本发明中用到刻蚀剂是盐酸和氟化锂的混合物,比较温和,危险性较小,所需要的设备也很普通。普通的实验室滤纸的多孔粗糙的结构可以很好的吸附Ti3C2
与目前的技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明通过简单的刻蚀、分层以及浸泡转移过程制备芯片,制备方法简单,价格低廉,制作的基底具有使用方法简单、携带方便的特点。
2、本发明所用的滤纸和硅、玻璃等硬衬底相比,纸衬底质量特别的轻,价格也很便宜,所以在现实生活的使用中更加经济、方便。纸是由纤维素组成,在自然界很容易被降解,是环保型的材料。MXene-Ti3C2的成分是钛和碳,生物体内都含有这两种元素,对生态没有太大的影响,所以SERS纸芯片无毒无害,在实际的使用中不用考虑使用后的基底处理问题,在一定程度上又减少了基底回收处理的成本,从而可以在实际生活中广泛使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简要地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1制备的Ti3C2和前驱体Ti3AlC2的X射线衍射图;
图2附图为本发明实施例1制备出的基于MXene的SERS纸芯片图;
图3附图为本发明实施例1中用Ti3C2-滤纸基底、空白滤纸基底对结晶紫及空白滤纸的拉曼光谱图;
图4附图为本发明实施例2中用所制作的芯片在532nm和633nm激发光下对结晶紫(CV)增强产生的拉曼光谱图;
图5附图为本发明实施例3中用所制作的芯片在532nm和633nm激发光下对孔雀石绿(MG)增强产生的拉曼光谱图;
图6附图为本发明实施例4中用所制作的芯片在532nm和633nm激发光下对罗丹明(R6G)增强产生的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于MXene的新型SERS纸芯片,制备方法包括如下:
步骤1:将前驱体MAX加入到氟化锂-稀盐酸的混合溶液中,并同时搅拌,将搅拌后的溶液用离心机以3500rpm/min离心取沉淀物,重复几次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min后,离心60min取上清液,获得MXene溶液;
步骤3:将纸基在MXene溶液中浸泡一段时间,取出后,用超纯水冲洗并在真空干燥箱中烘干,获得SERS纸芯片。
为了进一步优化上述技术方案,所述的前驱体MAX是Ti3AlC2,最后的MXene溶液为Ti3C2
为了进一步优化上述技术方案,步骤1中加水离心重复7次。
为了进一步优化上述技术方案,步骤3所述的纸为实验室滤纸。
为了进一步优化上述技术方案,步骤3所述的纸的浸泡在MXene溶液中的时间为8-15h,优选为,浸泡时间为12h。
为了进一步优化上述技术方案,干燥温度设为20℃~50℃,干燥时间为10-60min,优选为,干燥温度设为38℃,干燥时间为25min。
为了进一步优化上述技术方案,根据不同的检测对象,拉曼激发光选择532nm或633nm,优选为,检测CV选择532nm的激发光,检测MG选择633nm的激发光,检测R6G选择532nm的激发光。
为了进一步优化上述技术方案,上述方法制备得到的SERS纸芯片可用于痕量物质的检测。
实施例1
步骤1:取15mL浓盐酸加入到5mL的超纯水中;称1g的氟化锂加入到上述稀盐酸中,搅拌10min;称1g的Ti3AlC2缓慢加入到上述溶液中,同时打开磁力搅拌器的加热开关,设置加热温度为35℃,设置磁力搅拌器的搅拌速度为410rpm,搅拌24h,将混合液体用离心机在3500rpm/min的转速,离心10min,取沉淀物,加水继续离心5min,重复7次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min,再用离心机离心60min,保留上清液,获得Ti3C2
步骤3:将滤纸剪成1cm×1cm的小片,取上述制备好的Ti3C2溶液2mL,处理好的滤纸浸泡到其中12h,取出滤纸片,用水冲洗3次,放入到真空干燥箱中,在38℃下,干燥25min,得到SERS纸芯片;
为了进行对比实验,将实施例1中干燥好的Ti3C2-滤纸基底以及空白滤纸分别浸泡到浓度为10-6mol/L的结晶紫(CV)的乙醇溶液中12h,取出放干;
上述制备好的含有待测物的两种基底以及空白的滤纸,用532nm的激发光获取相应的拉曼光谱。
图1是实施例1所制备的Ti3C2和前驱体Ti3AlC2的X射线衍射图,从图中可以看出Ti3C2的峰不含有Ti3AlC2的峰,说明刻蚀完成,并且相比于Ti3AlC2,Ti3C2的002峰有明显的左移,说明MXene产生分层。
图2是实施例1将滤纸浸泡在MXene溶液中不同时间以及空白滤纸的图,其中a是浸泡12h所成的基底,b是空白滤纸的图,从a和b的对比中可以看出,滤纸浸泡在MXene溶液中后,颜色发生了很明显的变化,这说明MXene成功附着在滤纸表面。
图3是实施例1对泡入CV溶液中的Ti3C2-滤纸、泡入CV溶液的空白滤纸、空白滤纸在532nm激发光下产生的拉曼光谱图,从图中可以明显看出泡入CV溶液的空白滤纸、空白滤纸的信号一致,而Ti3C2-滤纸的信号有很强的CV峰,所以Ti3C2有很好的拉曼增强效果。
实施例2
步骤1:取15mL浓盐酸加入到5mL的超纯水中;称1g的氟化锂加入到上述稀盐酸中,搅拌10min;称1g的Ti3AlC2缓慢加入到上述溶液中,同时打开磁力搅拌器的加热开关,设置加热温度为35℃,设置磁力搅拌器的搅拌速度为410rpm,搅拌24h,将混合液体用离心机在3500rpm/min的转速,离心10min,取沉淀物,加水继续离心5min,重复7次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min,再用离心机离心60min,保留上清液,获得Ti3C2
步骤3:将滤纸剪成1cm×1cm的小片,取上述制备好的Ti3C2溶液2mL,处理好的滤纸浸泡到其中12h,取出滤纸片,用水冲洗3次,放入到真空干燥箱中,在38℃下,干燥25min,得到SERS纸芯片;
将实施例2中干燥好的Ti3C2-滤纸基底,浸泡到浓度为10-6mol/L的结晶紫的乙醇溶液中12h,取出放干;
上述制备好的含有待测物的基底在进行拉曼检测时分别选择用532nm和633nm的激发光。
图4是实施例2中浸泡12h的基底在532nm和633nm的激发光下对浓度为10-6mol/L的结晶紫检测产生的拉曼光谱图,从图中可以看出同样的基底,同样的检测物,在不同激发光下产生的信号并不相同,而对于结晶紫而言532nm的光可以使其在本基底上产生更好的信号。
实施例3
步骤1:取15mL浓盐酸加入到5mL的超纯水中;称1g的氟化锂加入到上述稀盐酸中,搅拌10min;称1g的Ti3AlC2缓慢加入到上述溶液中,同时打开磁力搅拌器的加热开关,设置加热温度为35℃,设置磁力搅拌器的搅拌速度为410rpm,搅拌24h,将混合液体用离心机在3500rpm/min的转速,离心10min,取沉淀物,加水继续离心5min,重复7次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min,再用离心机离心60min,保留上清液,获得Ti3C2
步骤3:将滤纸剪成1cm×1cm的小片,取上述制备好的Ti3C2溶液2mL,处理好的滤纸浸泡到其中12h,取出滤纸片,用水冲洗3次,放入到真空干燥箱中,在38℃下,干燥25min,得到SERS纸芯片;
将实施例3中干燥好的Ti3C2-滤纸基底,浸泡到浓度为10-6mol/L的孔雀石绿的乙醇溶液中12h,取出放干;
上述制备好的含有待测物的基底在进行拉曼检测时分别选择用532nm和633nm的激发光。
图5是实施例3中制备的基底在532nm和633nm的激发光下对浓度为10-6mol/L的孔雀石绿检测产生的拉曼光谱图,从图中可以看出不同的激发光产生的效果不一样,很明显633nm的激发光比532nm的激发光产生的信号好,所以633nm的激发光更适合检测孔雀石绿。
实施例4
步骤1:取15mL浓盐酸加入到5mL的超纯水中;称1g的氟化锂加入到上述稀盐酸中,搅拌10min;称1g的Ti3AlC2缓慢加入到上述溶液中,同时打开磁力搅拌器的加热开关,设置加热温度为35℃,设置磁力搅拌器的搅拌速度为410rpm,搅拌24h,将混合液体用离心机在3500rpm/min的转速,离心10min,取沉淀物,加水继续离心5min,重复7次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min,再用离心机离心60min,保留上清液,获得Ti3C2
步骤3:将滤纸剪成1cm×1cm的小片,取上述制备好的Ti3C2溶液2mL,处理好的滤纸浸泡到其中12h,取出滤纸片,用水冲洗3次,放入到真空干燥箱中,在38℃下,干燥25min,得到SERS纸芯片;
将实施例4中干燥好的Ti3C2-滤纸基底,浸泡到浓度为10-6mol/L的罗丹明的乙醇溶液中12h,取出放干;
上述制备好的含有待测物的基底在进行拉曼检测时分别选择用532nm和633nm的激发光。
图6是实施例4中制备的基底在532nm和633nm的激发光下对浓度为10-6mol/L的罗丹明检测产生的拉曼光谱图,从图中可以看出不同的激发光产生的效果不一样,很明显532nm的激发光比633nm的激发光产生的信号好,所以532nm更适合检测罗丹明。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例直接相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中说定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,使用氟化锂-盐酸为刻蚀分层剂,制备二维层状过渡金属碳化物材料,将所制备的材料修饰在纸基表面,得到新型SERS纸芯片,可用于检测痕量有毒染料等分子。
2.根据权利要求1所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,所述的制备方法包括如下步骤:
步骤1:将前驱体MAX加入到氟化锂-稀盐酸的混合溶液中,并同时搅拌,将搅拌后的溶液用离心机以3500rpm/min离心取沉淀物,重复几次;
步骤2:取上述沉淀物加入超纯水,超声60min后,离心60min取上清液,获得MXene溶液;
步骤3:将纸基在MXene溶液中浸泡一段时间,取出后,用超纯水冲洗并在真空干燥箱中烘干,获得SERS纸芯片。
3.根据权利要求2所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,所述的前驱体MAX是Ti3AlC2,最后的MXene溶液为Ti3C2
4.根据权利要求2所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,步骤1中加水离心重复7次。
5.根据权利要求2所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,步骤3所述的纸为实验室滤纸。
6.根据权利要求2所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,步骤3所述的纸浸泡在MXene溶液中的时间为8-15h。
7.根据权利要求2所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,干燥温度为20℃~50℃,干燥时间为10-60min。
8.根据权利要求1-7所述的一种基于MXene的新型SERS纸芯片的制备方法及应用,其特征在于,根据不同的检测对象,拉曼激发光选择532nm或633nm。
9.根据权利要求1-8任意一项所述方法制备得到的SERS纸芯片,其特征在于,SERS纸芯片可用于痕量物质的检测。
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