苯胺的氧化聚合是一个涉及电子转移、分子间偶联、去质子化和进一步氧化的多步过程。初始氧化生成苯胺自由基阳离子[1], [2],随后主要发生对位偶联反应形成二聚体及更高寡聚体,推动聚苯胺(PANI)链的发展[3], [4], [5], [6]。所得产物的结构和氧化态强烈受反应参数的影响,如介质酸度、氧化剂与苯胺的比值、电化学电位以及界面环境[2], [3], [4], [5]。近期的综述进一步总结了苯胺氧化的机理复杂性以及PANI合成条件、分子结构、氧化还原态与物理化学性质之间的关系[7], [8], [9]。更广泛地,氧化聚合的研究也已拓展至水处理应用领域,其中聚合途径越来越多地被视作高级氧化过程中芳香化合物的替代转化途径[10], [11]。
苯胺氧化早期产物的光谱鉴定仍然具有挑战性,因为多种寡聚体、醌式和带电结构可能共存并持续演变。Morávková和Dmitrieva利用SERS光谱电化学方法研究了苯胺氧化的最初产物,并证明所提出的寡聚体结构强烈依赖于酸度和氧化条件[2]。随后对不同初始pH值下化学氧化和电化学氧化苯胺的比较进一步揭示了条件依赖性的对位连接结构和苯并菲啶类结构的形成差异[4]。原位拉曼和SERS研究也已利用化学氧化体系或粗糙化金属电极监测了PANI在氧化、质子化和掺杂依赖条件下的变化[12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]。这些研究大多关注600 cm?1以上与芳环、C–N、C=N以及电荷离域结构相关的谱带,而200–600 cm?1区域的时间演变则相对缺乏系统的关注[21], [22], [23]。
金纳米颗粒(AuNPs)因其良好的化学稳定性、易于修饰的表面以及可调谐的局域表面等离子体共振(LSPR)而被广泛用于构建SERS基底[24], [25], [26]。近年来,离子介导的胶体组装策略因其操作简单和强可调谐性而备受关注。卤素离子可以改变金纳米颗粒的聚集状态和局域表面等离子体共振。先前的光学、显微和模拟研究已证明卤素处理的AuNP分散液存在浓度依赖性变化[27], [28]。然而,具体的胶体结构和颗粒间几何构型取决于纳米颗粒的制备方法和溶液条件。
在本研究中,采用KI修饰的AuNP胶体对APS诱导的苯胺氧化进行时间分辨SERS监测。首先以甲基绿作为模型探针评价胶体的KI依赖性光学和SERS响应。随后重点关注约366、408、457和534 cm?1处低频谱带的时间演变及其与801、986、1160和1640 cm?1处高频谱带的关系。通过与先前机理研究和拉曼研究的比较,本研究评估了低频SERS特征作为苯胺氧化不同阶段光谱描述符的适用性。