密度泛函理论研究银上吸附对巯基吡啶的SERS化学增强效应

吴元菲 李明雪 周剑章 吴德印 田中群

引用本文: 吴元菲,  李明雪,  周剑章,  吴德印,  田中群. 密度泛函理论研究银上吸附对巯基吡啶的SERS化学增强效应[J]. 物理化学学报, 2017, 33(3): 530-538. doi: 10.3866/PKU.WHXB201611211 shu
Citation:  WU Yuan-Fei,  LI Ming-Xue,  ZHOU Jian-Zhang,  WU De-Yin,  TIAN Zhong-Qun. Density Functional Theoretical Study on SERS Chemical Enhancement Mechanism of 4-Mercaptopyridine Adsorbed on Silver[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(3): 530-538. doi: 10.3866/PKU.WHXB201611211 shu

密度泛函理论研究银上吸附对巯基吡啶的SERS化学增强效应

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21273182,21533006,21373172)资助项目

摘要: 基于密度泛函理论计算和拉曼光谱理论分析,我们研究了对巯基吡啶(4MPY)分子的拉曼光谱和其在银上的表面增强拉曼光谱(SERS),并进一步探讨了SERS与界面吸附结构、异构化、质子化和氢键作用以及低能激发态的关系。首先,我们对两种分子异构体的相对稳定性和拉曼光谱进行了理论分析。在此基础上,进而研究了该分子与不同银簇作用时的拉曼光谱,结果表明,4MPY以巯基硫与银簇作用形成强的Ag-S键,导致拉曼光谱的线型不依赖于所选银簇的大小。接着我们考虑了吡啶氮端作用的两种情况。(1)当4MPY-银簇复合物同时以吡啶氮与水簇或水合质子簇形成氢键时,结果表明吡啶环的部分振动频率随氢键和质子化发生蓝移。(2)当考虑吡啶氮与银簇作用时,吡啶环三角畸变振动发生蓝移。上述情况不仅解释了实验观测的振动频率变化,而且表明了化学环境改变对相对拉曼强度的影响。最后,我们计算了当对巯基吡啶分子以单端或双端与银簇作用,在考虑激发光与低能激发态的能量匹配时,拉曼光谱强度与低能激发态的关系。计算结果表明,在双端吸附构型下,与吡啶氮成键的银簇受激发产生电荷转移态,不仅导致吡啶环v12v1v8a振动的拉曼信号增强,而且选择性地增强吡啶环C-H面内对称弯曲振动v9a的拉曼信号。

English

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  • 收稿日期:  2016-08-02
  • 修回日期:  2016-11-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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