多腔自清洁SERS应用研究

表面增强拉曼散射（SERS）是一种高效的分子检测技术，很多的工作研究致力于增强局域电场来提高灵敏度，除此以外，提高入射光的强度，即提高光的利用率也是一种有效的方法。腔体结构具有优异的光捕获能力，近几年在SERS基底的制备中受到广泛关注。然而绝大多数的方式都需要各种各样的模板，制作过程复杂，价格昂贵，极大地限制了其实际应用。针对以上问题，山东师范大学满宝元教授（点击查看介绍）领衔的光电功能材料与器件团队设计制备了一种低成本易操作的多级腔（multiscale cavities）结构，该结构由金字塔硅微米腔、二硫化钼纳米腔和金纳米颗粒组成。其中金纳米颗粒均匀的分布在垂直生长的二硫化钼纳米片上，形成密集的三维热点。微米腔和纳米腔的结合有效地增加了光的传播路径，提高光的利用率，进一步促进了光子和分子间的相互作用。理论模拟证明，在适当的光激发条件下（λ = 532 nm），由于金纳米颗粒的局域表面等离激元耦合效应，纳米腔壁表面产生强烈的电磁场。

图1. (a)金字塔硅/二硫化钼的微观形貌，(b)金字塔硅/二硫化钼/金纳米颗粒的微观形貌，(c)不同基底的反射谱，(d) 不同纳米腔体的局域电场分布。

实验表明，利用该结构作为SERS检测基底，在酒精溶液中，可以实现对痕量(< 10^-11 M)罗丹明6G分子的快速检测。同时，分子特征峰强度与分子浓度在一定范围(10^-5 M-10^-11 M)内保持较高的线性关系，为液相环境下的定量分析提供了可能。而且其优秀的均匀性为实际应用提供了保障。该腔体结构在金纳米颗粒的支持下具有杰出的疏水效果，实现了油水混合溶液中的定向检测，表现了其在污水检测中的极大潜力。此外，由于其高效的光利用率和快速的电子转移速率，该基底可实现染料分子的光催化降解，具有良好的自清洁能力和重复利用的潜力。该工作的完成在生物化学领域具有极大的传感和监测潜力，为SERS基底的应用提供了新方式。

图2. (a)金字塔硅/二硫化钼/金纳米颗粒基底对不同浓度R6G的检测，(b)其自清洁能力，(c)其均匀性检测，(d)其亲油疏水性的检测。

这一成果近期发表在Nanophotonics上，文章的第一作者为山东师范大学物理与电子科学学院的赵晓菲博士，该院满宝元教授、张超副教授为论文的通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Hydrophobic multiscale cavities for highperformance and self-cleaning surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) sensing

Xiaofei Zhao, Chundong Liu, Jing Yu, Zhen Li, Lu Liu, Chonghui Li, Shicai Xu, Weifeng Li, Baoyuan Man, Chao Zhang

Nanophotonics, 2021, DOI: 10.1515/nanoph-2020-0454

导师介绍

满宝元

https://www.x-mol.com/university/faculty/178881