貴金屬納米結構組裝及其表面增強拉曼散射應用研究獲進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學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教授吳年強研究小組合作，在貴金屬納米結構組裝及其表面增強拉曼散射(SERS)應用研究方面取得新進展，相關結果以封面論文發表在《納米研究》(Nano Res. 2015, 8, 957-966)上。

　　由于電磁增強作用，位于貴金屬納米結構表面的分子拉曼信號會得到數量級的增強，從而產生表面增強拉曼散射效應。表面增強拉曼散射技術具有分子“指紋”識別能力，在化學和生物分析等領域擁有廣泛的應用前景。貴金屬納米結構表面具有大幅度增強局域電磁場的位置（一般位于<10nm的間隙處）稱為表面增強拉曼散射“熱點”，是表面增強拉曼散射信號的主要來源。因此，在三維空間內增加“熱點”的密集度將有效提高表面增強拉曼散射靈敏度。目前，構筑三維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構陣列上。相關理論和實驗研究表明，與球形貴金屬納米顆粒相比，帶有棱角或尖端的貴金屬納米結構能夠產生更強的局域電磁場，因而其組裝體在間隙處更易產生“熱點”。如果將這些納米結構組裝成三維SERS基底，有望得到高靈敏度SERS基底。

　　該研究團隊以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，采用電沉積方法構筑多種貴金屬納米結構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構單元組裝的納米管陣列。這些納米結構單元具有顯著的棱角和/或尖端；由其組裝的納米管陣列具有大量間隙，在三維空間內產生高密度的“熱點”。因此所構筑的納米管陣列具有很高的表面增強拉曼散射靈敏度。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基底對高毒性有機污染物多氯聯苯也表現出高表面增強拉曼散射靈敏度，并能夠檢測兩種多氯聯苯的混合物，表明該三維SERS基底在檢測環境中高毒性有機污染物方面具有應用前景。

　　相關工作得到科技部“973”計劃、“中國科學院、國家外國專家局創新團隊國際合作伙伴計劃”和國家自然科學基金等項目的支持。

　　圖1. 論文的相關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多氯聯苯-77 (PCB-77)和10μM多氯聯苯-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。