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(jìn)展

　　近期，中國科學(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(jìn)展，相關(guān)結果以封面論文發(fā)表在《納米研究》(Nano Res. 2015, 8, 957-966)上。

　　由于電磁增強作用，位于貴金屬納米結構表面的分子拉曼信號會(huì )得到數量級的增強，從而產(chǎn)生表面增強拉曼散射效應。表面增強拉曼散射技術(shù)具有分子“指紋”識別能力，在化學(xué)和生物分析等領(lǐng)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(chǎng)的位置(一般位于<10nm的間隙處)稱(chēng)為表面增強拉曼散射“熱點(diǎn)”，是表面增強拉曼散射信號的主要來(lái)源。因此，在三維空間內增加“熱點(diǎn)”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(guān)理論和實(shí)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(chǎn)生更強的局域電磁場(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(zhù)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(chǎn)生高密度的“熱點(diǎn)”。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(lián)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(lián)苯的混合物，表明該三維SERS基底在檢測環(huán)境中高毒性有機污染物方面具有應用前景。

　　相關(guān)工作得到科技部“973”計劃、“中國科學(xué)院、國家外國專(zhuān)家局創(chuàng )新團隊國際合作伙伴計劃”和國家自然科學(xué)基金等項目的支持。