Controllable Growth of Silver Nanoparticles on TiO2 Tetragonal Prism Nanarrays and Its SERS Effect

doi:10.7503/cjcu20210005

Abstract

Abstract:

The TiO₂tetragonal prism array structure was deposited on the conductive surface of the conductive glass FTO by hydrothermal method. The silver nanoparticles（AgNPs） grew on the TiO₂tetragonal prism by polyvinylpyrrolidone（PVP） reduced Tollens reagent to form TiO₂@AgNPs-PVP micro-nano structure， while the silver nanoparticles grew on the TiO₂tetragonal prismby trisodium citrate（TSC） reduced silver nitrate to form TiO₂@AgNPs-TSC micro-nano structure. The as-prepared micro-nano structures could be used as the substrate for surface enhanced Raman scattering（SERS）. The results showed that the size and distribution of Ag NPs nanoparticles on the TiO₂ tetragonal prism array could be adjusted by the concentration of Tollens reagent and the reaction time of TSC to optimize the SERS substrate. The detection limits of the optimized TiO₂@AgNPs-PVP substrate for rhodamine 6G（R6G） and melamine are 10^-12 mol/L and 0.01 mg/mL， respectively. The optimized TiO₂@AgNPs-TSC micro-nano structure for R6G and melamine are 10^-10mol/L and 0.01 mg/mL， respectively. In addition， the SERS activity and recyclability of TiO₂@AgNPs-PVP and TiO₂@AgNPs-TSC substrates were closely related to the types of reducing agents： the PVP coated on Ag nanoparticles could be used as an isolation layer to avoid direct contact with nanoparticles， which could prevent the quenching of electromagnetic field coupling to enhance the SERS activity of the substrate. However， the adsorbed small molecules（such as R6G） could not be cleaned when the TiO₂@AgNPs-PVP was used as a recyclable SERS substrate. It was attributed to the fact that the PVP was a water-based polymer with strong hydrophilicity.

Key words: Surface-enhanced Raman scattering（SERS）, TiO₂ array, Silver nanoparticles, Rhodamine 6G, Melamine

CLC Number:

O614

TrendMD:

CHEN Shaoyun, ZHANG Xingying, LIU Ben, TIAN Du, LI Qi, CHEN Fang, HU Chenglong, CHEN Jian. Controllable Growth of Silver Nanoparticles on TiO₂ Tetragonal Prism Nanarrays and Its SERS Effect[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2381.

Figures/Tables 13

References 48

1	Fleischmann M.， Hendra P. J.， McQuillan， A. J.， Chem. Phys. Lett.， 1974， 26（2）， 163―166
2	Nie S.， Emory S. R.， Science， 1997， 275（5303）， 1102―1106
3	Lombardi J. R.， Birke R. L.， Accounts Chem. Res.， 2009， 42（6）， 734―742
4	Lindquist N. C.， de Albuquerque C. D. L.， Sobral⁃Filho R. G.， Pac I.， Brolo A. G.， Nat. Nanotech.， 2019， 14（10）， 981―987
5	Lee H. K.， Lee Y. H.， Koh C. S. L.， Phan⁃Quang G. C.， Han X.， Lay C. L.， Ling， X. Y.， Chem. Soc. Rev.， 2019， 48（3）， 731―756
6	Fang W.， Jia S.， Chao J.， Wang L.， Duan X.， Liu H.， Liu N.， Sci. Adv.， 2019， 5（9）， eaau4506
7	Zhan P.， Wen T.， Wang Z. G.， He Y.， Shi J.， Wang T.， Ding B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57（11）， 2846―2850
8	Ji W.， Zhao B.， Ozaki， Y.， J. Raman Spectrosc.， 2016， 47（1）， 51―58
9	Wang R.， Yan X.， Ge B.， Zhou J.， Wang M.， Zhang L.， Jiao T.， ACS Sustain. Chem. Eng.， 2020， 8（11）， 4521―4536
10	Lu Y.， Liu G. L.， Lee L. P. ， Nano Lett.， 2005， 5（1）， 5―9
11	Mengesha Z. T.， Yang J.， Anal. Chem.， 2016， 88（22）， 10908―10915
12	Itoh T.， Yamamoto Y. S.， Kitahama Y.， Balachandran J.， Phys. Rev. B， 2017， 95（11）， 115441
13	Kim H.， Jang H.， Moon J.， Byun J.， Jeong J.， Jung J.， Kang T.， Adv. Mater. Interf.， 2019， 6（13）， 1900427
14	Bhattacharjee G.， Bhattacharya M.， Roy A.， Senapati D.， Satpati B.， ACS Appl. Nano Mater.， 2019， 1（10）， 5589―5600
15	Zhu C.， Meng G.， Zheng P.， Huang Q.， Li Z.， Hu X.， Wu N.， Adv. Mater.， 2016， 28（24）， 4870―4870
16	Zhang Y.， Yang C.， Xue B.， Peng Z.， Cao Z.， Mu Q.， Xuan L.， Sci. Rep.， 2018， 8（1）， 1―10
17	Liang H.， Li Z.， Wang W.， Wu Y.， Xu， H.， Adv. Mater.， 2009， 21（45）， 4614―4618
18	McLellan J. M.， Siekkinen A.， Chen J.， Xia Y.， Chem. Phys. Lett.， 2006， 427（1―3）， 122―126
19	Yi M.， Zhang D.， Wang P.， Jiao X.， Blair S.， Wen X.， Ming H.， Plasmonics， 2011， 6（3）， 515―519
20	Hu C. L.， Chen S. Y.， Wang Y.， Liu X. Q.， Liu J. Y.， Zhang W. H.， Chen J.， Zhang， W. Z.， Talanta，*2016， 161*， 599―605
21	Liebig F.， Sarhan R. M.， Prietzel C.， Schmitt C. N.， Bargheer M.， Koetz， J.， ACS Appl. Nano Mater.， 2018， 1（4）， 1995―2003
22	Chen S. Y.， Wang Y.， Liu H.， Hu C. L.， Liu X. Q.， Liu J. Y.， Chinese J. Anal. Chem.， 2017， 45（3）， 374―380（陈韶云，王圆，刘辉，胡成龙，刘学清，刘继延. 分析化学， 2017， 45（3）， 374―380）
23	Hu L.， Liu Y. J.， Han Y.， Chen P.， Zhang C.， Li C.， Jiang S.， J. Mater. Chem. C， 2017， 5（16）， 3908―3915
24	Zhang X. Y.， Mo Y. L.， Liu B.， Hu C. L.， Chen S. Y.， Shi H.， Chen J.， ACS Appl. Nano Mater.， 2018， 1（9）， 4771―4780
25	Huang J.， Chen F.， Zhang Q.， Zhan Y.， Ma D.， Xu K.， Zhao Y.， ACS Appl. Mater. Interf.， 2015， 7（10）， 5725―5735
26	Chen Z.， Jia D. S.， Zhou Y.， Hao J.， Liang Y.， Cui Z. M.， Song W. G.， Appl. Surf. Sci.， 2018， 434， 1137―1143
27	Zhang Z.， Wu Y.， Wang Z.， Zou X.， Zhao Y.， Sun L.， Mater. Sci. Eng. C， 2016， 69， 462―469
28	Wang Y.， Zhang M.， Fang L.， Yang H.， Zuo Y.， Gao J.， Sun Z.， J. Am. Ceram. Soc.， 2019， 102（7）， 4000―4013
29	Chen L.， Luo L.， Chen Z.， Zhang M.， Zapien J. A.， Lee C. S.， Lee S. T.， J. Phys. Chem. C， 2010， 114（1）， 93―100
30	Wang Y.， Zhang J.， Jia H.， Li M.， Zeng J.， Yang B.， Lombardi J. R.， J. Phys. Chem. C， 2008， 112（4）， 996―1000
31	Han X. X.， Ji W.， Zhao B.， Ozaki Y.， Nanoscale， 2017， 9（15）， 4847―4861
32	Zhang M.， Chen T.， Liu Y.， Zhu J.， Liu J.， Wu Y.， ChemNanoMat， 2019， 5（1）， 55―60
33	Wang W.， Sang Q.， Yang M.， Du J.， Yang L.， Jiang X.， Zhao B.， Sci. Total Environ.， 2020， 702， 134956
34	Yang Y.， Zhang Z.， He Y.， Wang Z.， Zhao Y.， Sun L. F.， Sensors Actuat. B-Chem.， 2018， 273， 600―609
35	Li Q.， Tian D.， Chen S. Y.， Zhong M.， Hu C. L.， Chen J.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（3）， 736―744（李奇，田杜，陈韶云，钟敏，胡成龙，陈建. 高等学校化学学报， 2021， 42（3）， 736―744）
36	Chen S. Y， Hu C. L.， Zhang W. H， Chen J.， ChemPlusChem， 2016， 81（2）， 161―165
37	Chen S. Y.， Liu B.， Zhang X Y.， Mo Y L.， Chen F.， Shi H.， Zhang W. H.， Hu C. L.， Chen J.， Electrochim. Acta， 2018， 274， 242―49
38	Zhang X. Y.， Liu B.， Hu C. L.， Chen S. Y.， Liu X. Q.， Liu J. Y.， Chen F.， Chen J. Xie F. Y.， Spectrochimica Acta A， 2020， 228， 117733
39	Ding S. Y.， Yi J.， Li J. F.， Ren B.， Wu D. Y.， Panneerselvam R.， Tian Z. Q.， Nat. Rev. Mater.， 2016， 1（6）， 1―16
40	Feng Y.， Wang Y.， Wang H.， Chen T.， Tay Y Y.， Yao L.， Chen H.， Small， 2012， 8（2）， 246―251
41	Yang L.， Jiang X.， Ruan W.， Yang J.， Zhao B.， Xu W.， Lombardi J. R.， J. Phys. Chem. C， 2009， 113（36）， 16226―16231
42	Lin H.， Ye H.， Xu B.， Cao J.， Chen S.， Catal. Commun.， 2013， 37， 55―59
43	Jiang B.， Wang Y.， Wang J. Q.， Tian C.， Li W.， Feng Q.， Fu H.， ChemCatChem， 2013， 5（6）， 1359―1367
44	Zhang H.， Wang G.， Chen D.， Lv X.， Li J.， Chem. Mater.， 2008， 20（20）， 6543―6549
45	Ilić V.， Šaponjić Z.， Vodnik V.， Molina R.， Dimitrijević S.， Jovančić P.， Radetić M.， J. Mater. Sci.， 2009， 44（15）， 3983―3990
46	Tiwari V. S.， Oleg T.， Darbha G. K.， Hardy W.， Singh J. P.， Ray P. C.， Chem. Phys. Lett.， 2007， 446（1―3）， 77―82
47	Wang X.， Shi W.， She G.， Mu L.， Lee S.， Appl. Phys. Lett.， 2010， 96， 053104
48	Nayak D. R.， Bhat N.， Venkatapathi M.， Umapathy S.， J. Mater. Chem. C， 2017， 5（8）， 2123―2129

[1]	CHU Yao, WANG Shuo, ZHANG Zinuo, WANG Yibo, CAI Yibing. Preparation and Properties of Cu Particles Loaded Foam-based Phase Change Composites [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210619.
[2]	YANG Zhaohua, CHENG Hongjing, YANG Yi, LIU Hui, DU Feipeng, ZHANG Yunfei. Preparation of Silver-loaded Polyvinyl Alcohol Sponge and Its Interfacial Photothermal Driven Water Evaporation Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220181.
[3]	LI Qi, TIAN Du, CHEN Shaoyun, ZHONG Min, HU Chenglong, CHEN Jian. Controllable Assembling of Silver Nanosheets on Non-woven Fabric Fibers and Its SERS Effect [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 736.
[4]	WANG Xiaoru,ZHANG Na,XING Jun. Preparation and Application of Melamine Imprinted Material Using Itaconic Acid as Multidentate Functional Monomer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(7): 1521.
[5]	WEI Simin,WANG Yinghui,TANG Zhishu,SU Rui,HU Jinhang,GUO Hui,LI Chen,JIANG Jintao,SONG Zhongxing. Novel Biosynthesis Method of Silver Nanoparticle by UV Radiation of Cornus Officinalis Aqueous Extract and Biological Activities ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1391.
[6]	LIU Shuaizhuo,ZHANG Qian,LIU Ning,XIAO Wenyan,FAN Leiyi,ZHOU Ying. One-step Synergistic Hydrophobic Modification of Melamine Sponge and Its Application ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 521.
[7]	FENG Wei,WANG Bowei,JIANG Yang,LI Longyun. Design, Preparation and Surface-enhanced Raman Scattering(SERS) Spectrum of Single Ag Nanodot^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1345.
[8]	WANG Wen,TAO Xiafang,WU Yunyan,ZHAO Nan,CHENG Xiaonong,YANG Juan,ZHOU Yazhou. Fabrication and SERS Performance of “Sandwich” Structured Silver Nanoparticles/Graphene Oxide Substrates^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(4): 667.
[9]	ZHANG Lutao, ZHOU Guangming, LUO Dan, CHEN Rong. Rapid Detection on Chlortetracycline Residues in Honey by Surface-enhanced Raman Spectroscopy^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(8): 1662.
[10]	XIAO Shanshan, OUYANG Yiting, LI Xiaoyun, WANG Zhao, WU Pan, DENG Zhao, CHEN Lihua, SU Baolian. Synthesis of a Core-shell Structured Ag/ZIF-8 Catalyst with Mesoporous Silica Shell^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(6): 1235.
[11]	SUN Lin, ZHANG Han, DU Yiping. Preparation of Surface Enhanced Raman Scattering Substrates Based on SBA-15 Material and the Detection of Enrofloxacin in Chicken and Chicken Feed^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(3): 455.
[12]	XUE Jiao, WANG Runwei, ZHANG Zongtao, QIU Shilun. Preparation and Photocatalytic Performance of Novel Zn-doped C/Nb₂O₅ Nanoparticles Catalyst^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(2): 319.
[13]	QIU Lijuan,ZHANG Ying,LIU Shuaizhuo,ZHANG Qian,ZHOU Ying. Preparation and Application of Superhydrophobic and Robust Graphene Composites Oil/Water Separation Material^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(12): 2758.
[14]	XU Weiqing,GUAN Shulin,WANG Yi,WANG Xinnan,TAO Yanchun,XU Shuping. Fresh Hierarchical Periodic Silver SERS-active Substrate with the Band-aid Protecting Layer^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(12): 2752.
[15]	WANG Luyuan, LIU Shuxue, LI Huimin, HUANG Yaodong. Preparation and Properties of the Two-component Hydrogels Based on Pyrazine Dicarboxylic Acid and Melamine^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(5): 806.

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