表面增强拉曼散射(SERS)技术可以显著放大拉曼散射信号,具有高灵敏度、分子指纹识别、快速无损检测等特点。因此,SERS技术已被广泛应用于生物检测、医学成像、痕量分析、安防等领域,成为最重要的光谱检测技术之一。然而,基于金属纳米结构的SERS基底稳定性不佳,常规保护手段则牺牲了相应的SERS活性,因此,如何在提升其稳定性的同时而保持SERS性能对其实际应用具有重要的意义。
近日,我校理学院“微纳光子学与量子调控应用研究所”曹燕强副教授、蒋立勇教授团队与南京大学李爱东教授团队合作,在同步提升银金属纳米结构的热稳定性与SERS性能的实验研究上取得最新进展。相关成果以题为“Simultaneously improved SERS sensitivity and thermal stability on Agdendrites via surface protection by atomic layer deposition”发表在著名国际期刊《应用表面科学》(Applied Surface Science)上。理学院2021级硕士研究生王鑫鑫为第一作者,曹燕强副教授、蒋立勇教授为通讯作者,我校为第一单位。文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433222031543。
在这项工作中,团队创新地使用富含纳米间隙的银枝晶作为SERS基底,并采用原子层沉积技术(ALD)对其进行包裹保护,ALD能实现均匀的纳米级包裹,不堵塞纳米间隙,从而提供保护的同时保留了SERS“热点”。实验与理论模拟均证实,纳米级的氧化锌包裹能提升银纳米枝晶的SERS性能,该工作首次展示了氧化物涂层能同步提升贵金属纳米结构的SERS性能,打破了表面包裹层使SERS性能下降的传统观念。更重要的是,该结构能够忍耐高达200 ℃的高温,大大提高了银枝晶的热稳定性,实现了高温环境进行SERS检测的可能。此外,该结构能够实现对探测分子的极低浓度的定量检测,为分析农药残留,食品安全等检测提供了一种有效的手段。
该工作得到了国家自然基金、江苏省研究生科研与实践创新项目等项目的资助,得到学校“半导体微纳结构与量子信息感知工业和信息化部重点实验室”以及理学院“微纳光子和量子调控应用研究所”的支持。