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铀酰(Ⅵ)离子及其配合物的高灵敏快速分析在核应急响应领域具有十分重要的需求,而现有分析方法难以兼顾铀酰离子的浓度分析与铀酰配合物的结构鉴定。表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱技术可实现单分子检测,并提供分子的结构信息,有望实现铀酰离子及其配合物的痕量分析。现有关于铀酰化合物的SERS研究主要集中在制备具有强烈的电磁增强效应的银基SERS基底来提高O=U=O的拉曼信号强度,进而实现铀酰离子的痕量检测,但对其SERS机制缺乏统一认识,且在铀酰配合物的结构鉴定方面十分匮乏。此外,用于铀酰化合物SERS研究的大多数银基底在空气环境中的稳定性较差且无法重复使用,对铀酰离子的痕量检测能力仍需进一步提高。本论文针对银基SERS基底在铀酰离子及其配合物的痕量分析上存在的问题,制备了自组装银纳米颗粒基底、二氧化铪包覆的银纳米棒阵列基底以及Ag2O聚集体基底,探讨了铀酰离子在银基底上的电磁增强与电荷转移增强机制;考察了 SERS光谱的重现性、基底的稳定性与重复使用性以及基于这三类基底的SERS技术对铀酰离子的痕量检测能力;研究了铀酰配合物的SERS光谱与其结构之间的对应关系。本论文研究的主要结论有以下几方面。1、采用化学还原法制备了粒径均匀的银纳米颗粒,并通过自组装技术获得了结构规整、致密性较好的银纳米颗粒基底。本论文首次对铀酰离子在银基底上的拉曼峰位变化给出明确解释,即O=U=O的v1对称伸缩振动频率由871 cm-1降低至720 cm-1、826 cm-1分别是由铀酰离子与银基底之间的光致电荷转移、基态电荷转移效应所导致的。此外,铀酰离子在该基底上的SERS光谱重现性好,其拉曼增强效应来源于电磁增强与电荷转移增强机制的共同作用;基于该基底的SERS技术可实现铀酰离子的定量分析,检出限低达10-7 mol·L-1,与现有文献报道的基于银基底的SERS技术对铀酰离子的检测能力处于同一水平。2、采用电子束蒸发沉积技术制备了银纳米棒阵列,并利用原子层沉积技术在银纳米棒表面包覆二氧化铪薄膜。研究表明,二氧化铪薄膜有效隔绝了铀酰离子与银基底之间的电荷转移作用,使铀酰离子在二氧化铪包覆的银纳米棒阵列基底上的拉曼增强效应仅与电磁增强机制有关。此外,二氧化铪薄膜的包覆作用还显著提高了银基底的稳定性与重复使用能力;铀酰离子在该基底上的SERS光谱重现性好,表观拉曼增强因子达106;基于该基底的SERS技术对铀酰离子具有较好的痕量分析能力,检出限低达3.08×10-8 mol·L-1,优于大多数文献报道的基于银基底的SERS技术对铀酰离子的检测能力;不同类型的铀酰水解产物在该基底上的SERS峰位存在·定差异,可用于鉴定其结构信息;UO2(CO3)34-在该基底上的SERS峰位与其普通拉曼峰位近似相同,因此获得了近似原位增强的UO2(CO3)34-的SERS光谱,有利于水溶液环境中痕量UO2(CO3)34-的结构分析。基于可重复使用的二氧化铪包覆的银纳米棒阵列基底,本论文首次提出了一种能够兼顾铀酰离子的浓度检测与铀酰配合物结构鉴定的SERS技术,具有一定的实际应用前景。3、采用化学沉淀法制备了 Ag20聚集体基底。铀酰离子在Ag20聚集体上的SERS机制为激光诱导电子从Ag20的价带转移至铀酰离子的LUMO,导致O=U=O键长增加,进而提高其极化率,获得较强的拉曼信号(表观拉曼增强因子高达105)。因此,铀酰离子在该基底上的SERS效应主要源于光致电荷转移增强机制,与电磁增强机制无关。Ag20聚集体对铀酰离子的吸附能力较强,利用基底的富集作用可检测出10-8 mol·L-1甚至更低浓度铀酰离子的拉曼信号。此外,与现有的基于银基底的SERS技术对铀酰离子的痕量分析相比,Ag20聚集体易于制备、稳定性好且背景信号弱,有利于铀酰离子的精确分析;基于Ag20聚集体的SERS技术可排除许多杂质分子、离子的干扰而选择性地检测铀酰离子,有望应用于复杂水溶液环境下铀酰离子的痕量分析;常见铀酰配合物在Ag20聚集体上的SERS光谱存在一定差异,可用于鉴定其结构信息。本论文首次发现了光致电荷转移增强机制对吸附于Ag20聚集体上的铀酰离子的拉曼增强效应,进而证明了铀酰离子在银基底上也存在光致电荷转移增强机制且对其拉曼增强有重要贡献。本论文建立了可用于核应急响应领域铀酰化合物快速现场分析的SERS技术。该方法灵敏度高、检出限低,能够在非常短的时间内(几分钟)提供分析结果,较好地满足了核应急响应领域对分析技术的要求。此外,在本论文建立的研究平台上还能够开展其它锕酰类化合物的SERS研究,相关成果有望用于核应急响应领域所需的各类锕酰化合物的快速现场分析。