单位点表面电荷调控提升拉曼检测灵敏度

摘要：

单位点调控作为一种重要的材料修饰手段,近年来在催化、能源、环境等领域中蓬勃发展.调控单位点,可以有效地调控表面电荷、电子结构、原子空间构型,从而实现材料整体性能的提升.在拉曼检测领域,表面电荷等关键因素被广泛认可并是当下研究热点.然而,单位点对表面电荷调控,乃至对拉曼灵敏度影响尚无系统研究.该研究全新提出单位点(包括单分子、单原子、单原子中心的配体络合物等)的表面电荷调控作用并研究其对拉曼检测灵敏度的影响.其中,利用经典的特异性反应:4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三唑(AHMT)与甲醛生成6-巯基-5-三唑啉[4,3-b]-s-四嗪(MTT),使得经单位点AHMT调控的Ag材料具有极低的检测限10-12 mol·L-1,低于不经单位点AHMT调控表面电荷的10-9 mol·L-1,实现了对甲醛分子的超低浓度检测.还研究了单钨原子氧化物调控,对于非特异性反应中的标准分子、农药残留分子检测能力的影响.其中罗丹明6G的检测限可以从10-12 mol·L-1降低到10-14 mol·L-1,农药福美双的检测限也可以从10-9 mol·L-1降低到10-11 mol·L-1,据此提出了单位点调控表面电荷方法的普适性.此外,经过Zeta电位的测试,发现经单位点调控的Ag表面电位都有较大变化,符合库伦正负电荷吸附理论,这更有利于对待检测分子的捕捉,也是拉曼检测灵敏度提升的原因,同时也在机理上解释了单位点调控的普适性.对深层机理方面也做了许多猜测与研究:一方面,由于单位点与基底材料之间存在电荷转移,因而存在化学增强(CM)过程.同时,在Ag表面有显著的电磁场增强(EM),两种增强机制和单位点体系的协同,需要进一步通过实验、理论等,研究不同单位点的新物理机制;另一方面,单位点可能作为一种新的振动模态,与基底中存在的表面等离子体共振(SPR)、待测分子的共振协同作用,使得拉曼散射共振更强,从而提升拉曼检测灵敏度.该实验与结论都证实了单位点调控在拉曼检测中的可行性、必要性,使单位点在该领域的深入研究成为可能.

关键词：表面增强拉曼散射、单位点、表面电荷、普适性、均匀球状银颗粒、定量化检测

所属期刊栏目：43

分类号：O437.3(光学)

资助基金：北京市自然基金面上项目;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1075-1082