固體所在對多氯聯苯拉曼信號敏感的納米結構方面取得進展

　　近期，固體所科研人員在構筑對多氯聯苯敏感的納米結構表面增強拉曼散射襯底方面取得新進展，設計構筑了具有較高表面增強拉曼散射活性的襯底結構，可實現對多氯聯苯(PCB77)的有效富集與高敏感性響應。

　　多氯聯苯(PCBs)屬于一類持久性有機污染物，能在環境中長期殘留、長距離遷移，具有脂溶性和生物蓄積性，對人類和動植物有很大的毒副作用。歷史上發生過多起多氯聯苯污染事件，造成了嚴重后果，多氯聯苯的危害已引起了國際社會的高度關注。如果能對痕量多氯聯苯進行快速檢測，則對多氯聯苯污染的預警及減少其危害具有重要的意義。

　　拉曼(Raman)散射峰是物質的固有特性，且拉曼峰具有指紋特征。因此，通過測量物質的拉曼峰，可以鑒定待檢物的種類。但對于痕量待檢物，其拉曼峰非常弱，很難直接用拉曼散射來檢測。基于納米結構的表面增強拉曼散射(SERS)技術，有望實現對痕量待檢物的快速檢測。其關鍵在于設計構筑既能夠有效吸附富集待檢物，又能夠增強待檢物拉曼信號的納米結構襯底。

　　近期，固體所朱儲紅博士設計構筑了由“納米片”單元組成的微米半球表面增強拉曼散射襯底(圖1左)，由于相互平行的納米片之間有大量的小于10 納米的間隙，納米片之間強烈的電磁耦合會產生大量的表面增強拉曼散射“熱點”;同時，納米片側面有大量的尖銳邊緣與棱角，會產生“天線”作用。因此，這種結構具有很高的表面增強拉曼散射活性;通過在這種納米結構襯底表面進一步修飾能有效“捕捉”多氯聯苯的環糊精，實現了對PCB77的有效富集與高敏感性響應(圖1右)，相關研究成果發表在《材料化學期刊》(J. Mater. Chem. 22, 2271-2278, 2012)和《危險物質期刊》(J. Hazard. Mater. 211, 389-395, 2012)上。

　　此外，固體所唐海濱博士設計構筑了由修飾銀納米顆粒的氧化鋅納米錐組成的陣列結構表面增強拉曼散射襯底(圖2)。由于修飾在ZnO 納米錐表面的貴金屬Ag納米顆粒的電磁場相互作用會產生三類表面增強拉曼散射“熱點”(見圖2右上所示);同時，半導體ZnO納米錐對襯底的表面增強拉曼散射活性也具有化學增強作用。因此，這種襯底的表面增強拉曼散射活性非常高(圖3)。另外，這種襯底具有三維幾何結構，擁有較大的比表面積，有助于吸附富集目標分子。實驗室測量表明，該襯底對PCB-77(PCBs中的一種)具有很高的表面增強拉曼散射敏感性(圖3)。相關研究成果發表在《先進功能材料》 (Adv. Funct. Mater. 22, 218-224, 2012)上。

　　這些高活性表面增強拉曼散射襯底，為用表面增強拉曼散射技術快速檢測污染物奠定了材料基礎。上述工作得到“納米研究”重大科學研究計劃和國家自然科學基金資助。

圖1. (左)銀納米片組成的微米半球SERS襯底的SEM照片;

(右)修飾環糊精后襯底對不同濃度(曲線1-3分別為3×10?5、10?6和3×10?7m)PCB-77的SERS光譜。

圖2 制備工藝流程、結構示意圖及樣品的表征

圖3 襯底對不同濃度R6G溶液的SERS光譜

圖4 襯底對不同濃度PCB-77(a)及10-11M PCB-77(b)的SERS光譜。