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

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...

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...