轉(zhuǎn)載：深圳先進院在半導體表面增強拉曼散射基底研究方面取得進展
發(fā)布日期：2019-09-14 瀏覽次數(shù)：3826
8月7日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院材料所光子信息與能源材料研究中心楊春雷團隊在半導體SERS基底研究方面取得新進展，相關(guān)成果以Tunable 3D light trapping architectures based on self-assembled SnSe2 nanoplate arrays for ultrasensitive SERS detection（《基于自組裝二硒化錫納米片陣列的可調(diào)陷光結(jié)構(gòu)應用于超靈敏SERS檢測》）為題發(fā)表在光電磁功能材料期刊Journal of Materials Chemistry C（2019，DOI: 10.1039/C9TC03715B）上。該文章同時被選為2019 Journal of Materials Chemistry C HOT Papers。碩士生李威威和熊磊為論文共同第一作者，通訊作者為副研究員李光元、陳明及研究員楊春雷。
表面增強拉曼散射(SERS)以其超高的靈敏度和無損檢測的特點，已經(jīng)在物理、化學、生物學、醫(yī)學等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應用潛力。目前，傳統(tǒng)的SERS基底仍然是金、銀、銅等貴重金屬材料，然而制作成本高、過程復雜，而且重復性和生物相容性差。
為了克服這些局限性，基于半導體材料的SERS活性基底以其低成本、良好的生物相容性和高穩(wěn)定性而受到越來越多的關(guān)注。然而，與貴金屬SERS基底相比，半導體材料SERS基底的增強因子(源于電荷轉(zhuǎn)移機制)相對較弱，不足以用于分子檢測，從而阻礙了其實際應用。
采用具有光捕獲結(jié)構(gòu)的半導體材料作為SERS 活性基底已引起越來越多的關(guān)注，其中光的多次反射和散射可以提高增強因子。然而，這些半導體SERS活性基底的制備通常需要復雜的工藝，并且這些方法通常導致不均勻和分離的顆粒/薄片，這難以滿足實際應用中高性能和可靠性的需求。在這里，研究團隊證明通過自組裝生長的SnSe2納米片陣列（NPAs）可以作為均勻、高性能和可靠的SERS基底。SnSe2 NPAs形成的微腔陣列可以有效地捕獲光（最高可達96％），從而改善增強因子。得益于電荷轉(zhuǎn)移過程和增強的光捕獲能力的協(xié)同效應，基于SnSe2 NPAs的SERS基底展示出超低檢測極限（1×10-12 M）、高增強因子（1.33×106）和極好的均勻性（相對標準偏差降至7.7％），達到甚至超過傳統(tǒng)金屬SERS基底的性能，是目前報道的具有最高靈敏度之一的半導體SERS基底。此外，文章還系統(tǒng)地研究了不同SnSe2納米片形成的空間結(jié)構(gòu)（平面與腔體）、SnSe2 NPAs的高度和傾斜角度對SERS性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)其SERS性能強烈依賴于光捕獲能力和吸收損耗。相關(guān)研究結(jié)果不僅提供了獲得可調(diào)諧、均勻和高性能SERS基底的有效策略，而且對于設計3D光捕獲架構(gòu)具有重要的指導意義。
該研究得到國家自然科學基金委和深圳市基礎(chǔ)研究布局項目等的資助支持。
圖1 基于自組裝SnSe2納米片陣列的可調(diào)諧陷光結(jié)構(gòu)，光捕獲能力最高可達96%。
圖2 基于自組裝SnSe2 納米片陣列的SERS基底具有超低的檢測極限（1×10-12 M），高增強因子（1.33×106）和極好的均勻性（相對標準偏差降至7.7％）。
文章鏈接：http://www.cas.cn/syky/201908/t20190813_4709581.shtml
文章來源：中國科學院
文章報道：林東岳
文章編輯：林東岳
