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貴金屬納米結(jié)構(gòu)組裝及其表面增強(qiáng)拉曼散射

發(fā)布日期：2015-09-02 瀏覽次數(shù) ：660

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【導(dǎo)讀】近期，科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員孟國文課題組和美國西弗吉尼亞大學(xué)教授吳年強(qiáng)研究小組合作，在貴金屬納米結(jié)構(gòu)組裝及其表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)應(yīng)用研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果以封面論文發(fā)表在《納米研究》(Nano Res. 2015, 8, 957-966)上。



 

由于電磁增強(qiáng)作用，位于貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面的分子拉曼信號(hào)會(huì)得到數(shù)量級(jí)的增強(qiáng)，從而產(chǎn)生表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)。表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)具有分子“指紋”識(shí)別能力，在化學(xué)和生物分析等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面具有大幅度增強(qiáng)局域電磁場(chǎng)的位置(一般位于<10nm的間隙處)稱為表面增強(qiáng)拉曼散射“熱點(diǎn)”，是表面增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)的主要來源。因此，在三維空間內(nèi)增加“熱點(diǎn)”的密集度將有效提高表面增強(qiáng)拉曼散射靈敏度。目前，構(gòu)筑三維SERS基底的主要方式是將球形貴金屬顆粒組裝到非金屬納米結(jié)構(gòu)陣列上。相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，與球形貴金屬納米顆粒相比，帶有棱角或的貴金屬納米結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的局域電磁場(chǎng)，因而其組裝體在間隙處更易產(chǎn)生“熱點(diǎn)”。如果將這些納米結(jié)構(gòu)組裝成三維SERS基底，有望得到高靈敏度SERS基底。

該研究團(tuán)隊(duì)以ZnO納米錐陣列作為犧牲模板，使用含有貴金屬離子和特定表面活性劑的電解液，采用電沉積方法構(gòu)筑多種貴金屬納米結(jié)構(gòu)單元組裝的納米管陣列，例如由銀納米片、金納米棒、鉑納米刺和鈀納米錐等結(jié)構(gòu)單元組裝的納米管陣列。這些納米結(jié)構(gòu)單元具有顯著的棱角和/或;由其組裝的納米管陣列具有大量間隙，在三維空間內(nèi)產(chǎn)生高密度的“熱點(diǎn)”。因此所構(gòu)筑的納米管陣列具有很高的表面增強(qiáng)拉曼散射靈敏度。例如，銀納米片組裝的納米管陣列能夠靈敏地檢測(cè)濃度低至10fM的羅丹明6G (R6G)。這種銀納米片組裝的三維SERS基底對(duì)高毒性有機(jī)污染物多氯聯(lián)苯也表現(xiàn)出高表面增強(qiáng)拉曼散射靈敏度，并能夠檢測(cè)兩種多氯聯(lián)苯的混合物，表明該三維SERS基底在檢測(cè)環(huán)境中高毒性有機(jī)污染物方面具有應(yīng)用前景。

相關(guān)工作得到科技部“973”計(jì)劃、“科學(xué)院、外國局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)合作伙伴計(jì)劃”和自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

圖1. 論文的相關(guān)圖片被選作期刊封面

圖2. (a)銀納米片組裝的納米管陣列的掃描電鏡(SEM)照片;(b)折斷的納米管的SEM照片;(c)不同濃度R6G的SERS光譜;(d) 20μM多氯聯(lián)苯-77 (PCB-77)和10μM多氯聯(lián)苯-1 (PCB-1)的混合物溶液(曲線I) 以及30μM的 PCB-1溶液(曲線II)的SERS光譜。