①贵金属纳米复合材料的制备及三维SERS气体传感器的构筑

结合电化学沉积和化学沉积两种方法制备出镶嵌在阳极氧化铝膜（AAO）通道内的中空金纳米粒子、金基核壳结构以及吸附在AAO表面的树枝状银纳米粒子等贵金属纳米复合材料，通过研究平衡电势、pH值以及前驱体浓度对于镶嵌在AAO通道内的中空金纳米粒子以及金基核壳结构的影响、获取最佳制备工艺；通过研究硝酸银浓度、表面活性剂以及Cl-/Br-的含量对Ag晶体结构形貌的影响，掌握Ag晶体的生长规律，并进一步通过盐桥研究其生长机理，最终获得性能优异的SERS基底。

设计一种简易实用的三维SERS气体传感器，将三维纳米复合材料作为SERS的基底，用于微量有害气体的检测，通过计算不同浓度的被测气体通过基底与贵金属纳米粒子的接触速度，得到检测不同浓度气体时探头的响应时间。研究中空纳米粒子的尺寸大小、核壳结构的壳厚以及树枝状纳米银的枝蔓结构对SERS灵敏度的影响，获得增强因子达到10⁶~10⁹，在灵敏度或速度上较国际目前普遍采用的监测大气环境污染的电化学传感器和气象光谱仪器提高至少一个数量级。

②三维SERS基底增强机理的模拟研究

采用时域有限差分法（FDTD）和分子动力学-有限元技术对三维SERS基底的增强机理进行模拟研究，研究中空纳米粒子的尺寸大小、核壳结构的壳厚以及树枝状纳米银的枝蔓结构等对三维基底表面等离子性质的影响。在此基础上进一步研究支撑体AAO对上述贵金属表面等离子体性质的影响，并得到具有最佳效果的AAO结构参数。通过模拟得到基底表面的电磁场分布情况，进而得到具有最佳SERS性能的基底结构，最终为SERS基底的制备，包括金属及支撑体材料的选取和颗粒大小及形貌提供科学的理论指导。

③负载贵金属纳米粒子的静电纺丝纤维的结构调控及传感性能研究

细致研究并深入探讨贵金属纳米粒子与高分子纤维共组装过程的机理，构筑各向异性纳米粒子、多组分贵金属纳米粒子参与的纳米复合体系，为相关传感材料的制备、传感机理的阐释、传感性能的提高及传感性质的多样化提供理论支撑及实验依据。

制备并改性各向异性纳米粒子（尤其是具有代表性的金纳米棒和钯纳米立方体等纳米粒子），观察这些纳米粒子与高分子在特定溶剂中的混溶状态，探讨静电纺丝条件（电压、接收装置、距离、溶液性质、喷丝速度、湿度和温度）等对复合纤维形貌的影响，获得纳米粒子在高分子纤维中的有序组装和排布，掌握各向异性纳米粒子在高分子静电纺丝纤维中组装的物理机理与规律，获得结构与性能相对应的SERS或光学传感材料。实现传感检测性能的最优化设计。

通过将金纳米粒子和银纳米粒子同时负载于高分子静电纺丝纤维中，获得具有光学和SERS传感特性的纤维膜制品；通过先后负载银纳米粒子和铂纳米粒子于电纺纤维表面，利用纳米组装单元间协同效应实现催化传感性质的提升。通过结合各类表征手段，明确并完善多组分贵金属纳米复合材料结构与性能的关系，实现纳米传感材料的多功能化，并应用于实际水污染中金属及小分子的传感与检测。