Deposizione a laser pulsato e caratterizzazione di film di nanoparticelle di rodio SERS-attive

The physico-chemical properties of nanoparticles (NPs) are attractive, but they can be optimized only once their size and morphology are carefully controlled. One technique that can achieve this goal is Pulsed Laser Deposition (PLD). Surface plasmons are a peculiar property of metallic NPs and consist of collective oscillations of conduction electrons. They make possible a high absorption of electromagnetic radiation and an amplification of the associated electric field at the NP surface. Such plasmonic properties make possible the Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), a technique that can enhance by several orders of magnitude the typical Raman signal. In this thesis work, the efforts are focused on the production by PLD and the study of rhodium NPs whose plasmonic properties favour significant SERS enhancement. The choice of rhodium is dictated by the possibility to achieve UV-SERS, by the possible better biocompatibility of Rh respect to SERS-active Au and by the opportunity to study the catalytic properties of rhodium by means of Raman Spectroscopy. At IPCF-CNR (Messina), films were deposited by PLD and the analysis of the plasma expansion was carried out (with sequential ICCD Fast Photo) to get data to be included in the plasma expansion and NP generation model. This allows for a better understanding of the relationship between the obtained nanostructure and the ablation parameters. Film characterization includes: scanning electron microscopy (SEM) (Energy Dept. PoliMi) and transmission electron microscopy (TEM) (CIMA Università degli Studi di Milano) to investigate substrate morphology; UV-Vis absorption spectroscopy to characterize the plasmonic properties and Raman spectroscopy to verify the presence of SERS enhancement of Rhodamine 6G signal (CMIC Dept. PoliMi). This study follows previous investigation on Ag and Au NPs films produced by the same technique.

Le proprietà fisico-chimiche delle NP sono molto attraenti, ma possono essere ottimizzate solo avendo il controllo sulla dimensione e sulla morfologia delle NP. Una tecnica di produzione che ha dimostrato di poter raggiungere questo obiettivo è la Deposizione a Laser Pulsato (PLD). Una particolare proprietà delle NP metalliche riguarda i plasmoni di superficie, oscillazioni collettive degli elettroni di conduzione, che rendono possibili un elevato assorbimento di radiazione elettromagnetica e l'amplificazione del campo elettrico della stessa in prossimità della superficie. Queste proprietà plasmoniche sono alla base della Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), tecnica spettroscopica che amplifica di alcuni ordini di grandezza la sensibilità della spettroscopia Raman. In questa tesi l'attenzione è rivolta allo studio di NP di rodio autoassemblate con proprietà plasmoniche che rendano possibile l'amplificazione SERS. La scelta del rodio è motivata dalla possibilità di ottenere UV-SERS, dalla possibile migliore biocompatibilità rispetto all'oro (SERS-attivo) e dall'opportunità di studiare meccanismi catalitici propri del rodio tramite spettroscopia Raman. Presso l'Istituto dei Processi Chimico-Fisici del CNR sez. di Messina sono stati depositati i film tramite PLD ed è stata svolta l'analisi dell'espansione del plasma di ablazione, tramite iCCD Fast Photo, al fine di ricavare dati da inserire in modelli di espansione del plasma e di generazione di NP nel plasma stesso. La caratterizzazione dei film ha compreso microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM) per indagare la morfologia dei substrati, spettroscopia di assorbimento UV-Vis per esplorarne le proprietà plasmoniche e spettroscopia Raman per verificare la presenza dell'intensificazione del segnale Raman dell'analita di riferimento studiato, Rodamina 6G. Questo studio si pone a valle di una campagna sperimentale su film di NP di oro e argento create con la stessa tecnica.