轉載：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
發布日期：2019-09-14 瀏覽次數：3173
8月7日，中國科學院深圳先進技術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陷光結構應用于超靈敏SERS檢測》）為題發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，已經在物理、化學、生物學、醫學等領域展現了巨大的應用潛力。目前，傳統的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定性而受到越來越多的關注。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。
采用具有光捕獲結構的半導體材料作為SERS 活性基底已引起越來越多的關注，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。得益于電荷轉移過程和增強的光捕獲能力的協同效應，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，文章還系統地研究了不同SnSe2納米片形成的空間結構（平面與腔體）、SnSe2 NPAs的高度和傾斜角度對SERS性能的影響，研究發現其SERS性能強烈依賴于光捕獲能力和吸收損耗。相關研究結果不僅提供了獲得可調諧、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納米片陣列的可調諧陷光結構，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
