velikost textu

New pathways to plasmonic nanoparticle assembling into 2D and 3D hybrid active systems for SERS of graphene and SERS, SERRS and GERS + SERS of aromatic molecules

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
New pathways to plasmonic nanoparticle assembling into 2D and 3D hybrid active systems for SERS of graphene and SERS, SERRS and GERS + SERS of aromatic molecules
Název v češtině:
Nové přístupy k uspořádávání plasmonických nanočástic do 2D a 3D hybridních aktivních systémů pro SERS grafenu a SERS, SERRS a SERS + GERS aromatických molekul
Typ:
Disertační práce
Autor:
Bc. Veronika Sutrová
Školitel:
prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc.
Oponenti:
doc. RNDr. Ivan Němec, Ph.D.
RNDr. Mgr. Martin Michl, Ph.D.
Konzultanti:
RNDr. Ivana Šloufová, Ph.D.
RNDr. Mgr. Miroslav Šlouf, Ph.D.
Id práce:
169524
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Program studia:
Fyzikální chemie (P1404)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
11. 9. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Zveřejnění práce bylo odloženo do 10.09.2022
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
plasmonické nanočástice, grafen, aromatické molekuly, SERS, kvantové tečky, povrchem-zesílená luminiscence
Klíčová slova v angličtině:
plasmonic nanoparticles, graphene, aromatic molecules,SERS, quantum dots, surface-enhanced luminescence
Abstrakt:
Abstrakt První část práce se zabývá vývojem a testováním nových typů aktivních systémů pro SERS a SERRS měření hydrofobních molekul. Byly vyvinuty 3D nanohoubovité agregáty s včleněnými hydrofobními molekulami do vnitřní struktury. Jako hydrofobní testovací molekuly byl zvolen fulleren C60 a H2TPP. Byly určeny meze SERS a SERRS spektrální detekce (LODs) fullerenu C60 na 4 excitačních vlnových délkách, přičemž LODs fullerenu C60 byly ve všech případech o řád nižší než v případě referenčního systému, který napodoboval již dříve využité Ag nanohoubovité agregáty pro SERS a SERRS spektrální měření. Zlepšení detekčních schopností agregátu je způsobeno efektivní lokalizací hydrofobních molekul do „hot spotů“ ve 2D fraktálních agregátech Ag nanočástic (NČ). Diprotonace molekul H2TPP v průběhu přípravy, způsobená použitím HCl jako preagregačního činidla byla eliminována nahrazením NaCl za HCl během přípravy agregátu. Na druhou stranu, studium mechanismu diprotonace ukázalo na možnost využití agergátu jako nanoreaktoru. Druhá část práce se zabývá přípravou 2D struktur tvořených Ag nanočásticemi jakožto vhodnějšími substráty pro SERS monovrstevného grafenu (SLG) než jakými jsou 3D struktury. 2D nanočásticové (NČ) struktury modifikované ethanthiolátovým spacerem, nanesené na povrch SLG umožňovaly získat SERS spektra neporušeného grafenu. Byl připraven i inverzní hybridní systém označovaný jako soubor AgNČ/SLG, u kterého bylo pozorováno SERS spektrálním testováním slabé negativní dopování grafenu, které bylo způsobeno přítomnými Ag nanočásticemi. Třetí část práce se zabývá hybridním systémem tvořeným soubory AgNČ/SLG/H2Pc(MV) [MV = monovrstva] a využívaným ke zkoumání mechanismu kombinovaného povrchem a grafenem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS + GERS) monovrstvy molekul H2Pc. Pomocí mikro-Ramanova spektrálního testování hybridního systému a referentního vzorku na 5 excitačních vlnových délkách byly určeny SERS, GERS a SERS + GERS faktory zesílení. Rovněž byly vytovřeny SERS + GERS excitační profily molekuly H2Pc. Byly prokázány dva mechanismy GERSu (i) první mechanismus je založen na modifikaci polohy a lokalizace Qy(0,1) elektronového přechodu a (ii) druhý mechanismus představuje přenose náboje z Fermiho hladiny SLG do LUMO hladiny H2Pc. Rovněž bylo prokázáno jejich aditivní působení s elektromagnetickcým mechanismem SERSu.
Abstract v angličtině:
Abstract In the first part of the Thesis, a new type of active system for SERS and SERRS of hydrophobic molecules, namely a 3-dimensional (3D) nanosponge aggregate with incorporated hydrophobic molecules has been developed, and tested by fullerene C60 and hydrophobic free- base tetraphenylporfine (H2TPP). The SERS and SERRS (surface enhanced /resonance/ Raman scattering) limits of detection (LODs) of C60 at four excitation wavelengths spanning the visible spectral region were found to be by one order of magnitude lower than in the reference system, which mimics the previously reported ways of utilization of Ag nanosponges as substrates for SERS and SERRS. The superiority of the newly developed sample is attributed to the efficient localization of the hydrophobic molecules into hot spots in 2D fractal aggregates of Ag nanoparticles (NPs). Diprotonation of H2TPP during the procedure using HCl as the preaggregation agent has been eliminated by employment of NaCl. On the other hand, investigation of the mechanism of H2TPP protonation during the former preparation procedure opened a possibility to employ Ag nanosponge aggregate as nanoreactor. In the second part of the Thesis, 2D assemblies of AgNPs were found to be better substrates for SERS of single layer graphene (SLG) than the 3D ones. In particular, the 2D assembly of Ag NPs modified by ethanethiolate spacer deposited on SLG on glass enabled to obtain SERS of unperturbed SLG. By inversion of the preparation procedure, AgNPs array/SLG hybrid systems were prepared, and a weak negative doping of SLG by Ag NPs was revealed by SERS spectral probing. In the third part, the last mentioned hybrid system was employed as a platform for assembling of AgNPs arrays/SLG/H2Pc (ML) [H2Pc = free base phthalocyanine, ML = monolayer] hybrid system for investigation of the mechanism of combined surface- and graphene-enhanced Raman scattering (SERS+GERS) of a monolayer of planar aromatic molecule, namely H2Pc. By micro- Raman spectral probing of the hybrid sample as well as of the appropriate reference systems at 5 excitation wavelengths, SERS, GERS and SERS + GERS enhanced factors and SERS + GERS excitation profiles of H2Pc spectral bands were determined. Two mechanisms of GERS, in particular (i) modification of the position and localization of the Qy (0,1) electronic transition in the visible region and (ii) a charge transfer from Fermi level of SLG (positioned at -4.4 eV) to LUMO of H2Pc and their additive operation with the electromagnetic mechanism of SERS were established.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Bc. Veronika Sutrová 33.49 MB
Stáhnout Příloha k práci Bc. Veronika Sutrová 22.77 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Bc. Veronika Sutrová 132 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Bc. Veronika Sutrová 126 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Bc. Veronika Sutrová 235 kB
Stáhnout Posudek vedoucího prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. 29 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Ivan Němec, Ph.D. 158 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Mgr. Martin Michl, Ph.D. 461 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 811 kB