當一些分子吸附在特定的物質(如金和銀)的表面時,分子的拉曼光譜信號強度會出現明顯地增幅,我們把這種拉曼散射增強的現象稱為表面增強拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,簡稱SERS)效應。SERS技術克服了傳統拉曼信號微弱的缺點,可以使拉曼強度增大幾個數量級。當然想要得到很強的增強信號首先需要得到很好的基底。石墨烯作為一種新型二維超薄碳材料,易于吸附分子,可以說是天然的襯底。當某些分子吸附在石墨烯表面時,分子的拉曼信號會得到明顯地增強。近年來,許多學者對此進行了研究[6,7,8],試驗結果顯示石墨烯不僅可以增強分子拉曼光譜信號,還可以有效地淬滅熒光分子的熒光背低,為分析檢測提供了一個良好的平臺。我們把這種拉曼增強效應稱為石墨烯增強拉曼散射效應(GERS)。研究發現,單層石墨烯增強因子最大,可達17倍,隨著層數的增多,增強因子逐漸降低。圖5[9]揭示了單層石墨烯、金屬銀和羅丹明的協同增強SERS的穩定性。圖5d為單層石墨烯在Ag基底上經過連續激光輻照(每次間隔8min)后的拉曼光譜圖。
圖5單層石墨烯、金屬銀和羅丹明協同增強SERS的穩定性[9]
此外,針尖增強拉曼散射(TERS)的發展把SERS和原子力顯微鏡(AFM)的分析結合了起來。目標是真正實現拉曼分析的納米尺寸空間分辨率。通過將AFM的針尖包覆活性金屬或金屬納米粒子使其具有SERS活性,SERS增強效應將可能只發生在針尖附近很小的范圍內,一般針尖都小于100nm,從而使其空間分辨率也小于100nm。目前TERS測量石墨烯已經獲得了成功 [10],但是不是所有樣品都能得到很好的結果。這是由于TERS所取樣品的分子數目相應地減少了幾個數量級,雖然SERS的拉曼強度有所增強,但并不是所有樣品最終的TERS強度能超過常規的拉曼信號。
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