固体所在对多氯联苯拉曼信号敏感的纳米结构方面取得进展
近期，固体所科研人员在构筑对多氯联苯敏感的纳米结构表面增强拉曼散射衬底方面取得新进展，设计构筑了具有较高表面增强拉曼散射活性的衬底结构，可实现对多氯联苯(PCB77)的有效富集与高敏感性响应。
多氯联苯(PCBs)属于一类持久性有机污染物，能在环境中长期残留、长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和动植物有很大的毒副作用。历史上发生过多起多氯联苯污染事件，造成了严重后果，多氯联苯的危害已引起了国际社会的高度关注。如果能对痕量多氯联苯进行快速检测，则对多氯联苯污染的预警及减少其危害具有重要的意义。
拉曼(Raman)散射峰是物质的固有特性，且拉曼峰具有指纹特征。因此，通过测量物质的拉曼峰，可以鉴定待检物的种类。但对于痕量待检物，其拉曼峰非常弱，很难直接用拉曼散射来检测。基于纳米结构的表面增强拉曼散射(SERS)技术，有望实现对痕量待检物的快速检测。其关键在于设计构筑既能够有效吸附富集待检物，又能够增强待检物拉曼信号的纳米结构衬底。
近期，固体所朱储红博士设计构筑了由“纳米片”单元组成的微米半球表面增强拉曼散射衬底(图1左)，由于相互平行的纳米片之间有大量的小于10 纳米的间隙，纳米片之间强烈的电磁耦合会产生大量的表面增强拉曼散射“热点”;同时，纳米片侧面有大量的尖锐边缘与棱角，会产生“天线”作用。因此，这种结构具有很高的表面增强拉曼散射活性;通过在这种纳米结构衬底表面进一步修饰能有效“捕捉”多氯联苯的环糊精，实现了对PCB77的有效富集与高敏感性响应(图1右)，相关研究成果发表在《材料化学期刊》(J. Mater. Chem. 22, 2271-2278, 2012)和《危险物质期刊》(J. Hazard. Mater. 211, 389-395, 2012)上。
此外，固体所唐海滨博士设计构筑了由修饰银纳米颗粒的氧化锌纳米锥组成的阵列结构表面增强拉曼散射衬底(图2)。由于修饰在ZnO 纳米锥表面的贵金属Ag纳米颗粒的电磁场相互作用会产生三类表面增强拉曼散射“热点”(见图2右上所示);同时，半导体ZnO纳米锥对衬底的表面增强拉曼散射活性也具有化学增强作用。因此，这种衬底的表面增强拉曼散射活性非常高(图3)。另外，这种衬底具有三维几何结构，拥有较大的比表面积，有助于吸附富集目标分子。实验室测量表明，该衬底对PCB-77(PCBs中的一种)具有很高的表面增强拉曼散射敏感性(图3)。相关研究成果发表在《先进功能材料》 (Adv. Funct. Mater. 22, 218-224, 2012)上。
这些高活性表面增强拉曼散射衬底，为用表面增强拉曼散射技术快速检测污染物奠定了材料基础。上述工作得到“纳米研究”重大科学研究计划和国家自然科学基金资助。
图1. (左)银纳米片组成的微米半球SERS衬底的SEM照片;
(右)修饰环糊精后衬底对不同浓度(曲线1-3分别为3×10−5、10−6和3×10−7m)PCB-77的SERS光谱。
图2 制备工艺流程、结构示意图及样品的表征
图3 衬底对不同浓度R6G溶液的SERS光谱
图4 衬底对不同浓度PCB-77(a)及10-11M
PCB-77(b)的SERS光谱。
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