纳米多孔金薄膜SEM图及测试平台示意图
纳米多孔金(NPG)材料是近年来的一个研究热点, 它具有比表面积大, 化学稳定性好、导电能力强等优点, 在表面增强拉曼光谱(SERS)、生化传感、光学成像、气体存储、燃料电池、隐形材料、催化反应及电化学反应等方面拥有巨大的应用前景. 此外, 金与巯基(－SH)还可以结合形成稳固的Au－S配位键, 使其对含巯基的生化小分子的探测表现出卓越的性能.
目前, 纳米多孔金的制备方法主要是脱合金法, 利用硝酸作为腐蚀液, 经过一定时间的浸泡,合金中的银成分与硝酸反应溶解, 保留的金成分经过原子重构形成具有三维无序孔结构的纳米多孔金薄膜. 利用该方法制备的纳米多孔金薄膜已经应用于表面等离子体共振(SPR)传感研究, 然而这些研究大多采用市售的金银合金薄片, 经脱合金后形成纳米多孔金薄膜, 之后再转移到表面预处理过的玻璃基片上制成SPR传感芯片. 此方法存在一些缺点, 首先厚度小于100 nm的金银合金薄片受限于制作工艺而较难获得; 其次将制备好的纳米多孔金薄膜转移至玻璃基片表面时容易损坏、成品率低;再次为了更好的使纳米多孔金薄膜与玻璃基片结合, 需要预先对玻璃基片进行表面处理, 增加了制备的复杂度.
中国科学院电子学研究所祁志美对淀积在玻璃衬底上厚度约60 nm的金银合金溅射薄膜进行硝酸腐蚀脱银处理, 得到纳米多孔金薄膜. 利用自建的波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感装置研究了腐蚀时间对纳米多孔金薄膜SPR特性的影响, 结果发现纳米多孔金薄膜与水溶液接触后在400-900 nm光谱范围内不具有SPR效应, 而当薄膜置于空气中时会产生明显的传播等离子体共振吸收峰, 其共振波长随腐蚀时间增加逐渐红移. 纳米多孔金薄膜在空气气氛中的SPR效应使其能够用于原位监测气相分子在孔内的吸附, 还可对在液相中吸附的生化分子进行离位测试.对L-谷胱甘肽、L-半胱氨酸、2-氨基乙硫醇三种含巯基的生化小分子在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了离位分析, 结果表明与传统的致密金薄膜SPR芯片比较, 纳米多孔金薄膜对这些分子显示出更高的灵敏度和更低的检测下限, 这归功于多孔金的大比表面积使其能够吸附大量的生化小分子. 实验还对乙醇蒸气在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了原位监测, 发现吸附平衡所用时间较长, 约为160 min.