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合肥研究院制备单根可视化的表面增强拉曼光谱纳米反应器

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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮课题组的研究员杨良保等人成功制备了单根可视化的表面增强拉曼光谱(SERS)纳米,并利用其监测及检测了等离子驱动和小尺寸金纳米颗粒催化的两种化学反应。该成果不仅实现了对两种催化体系的检测及监测,对设计更好的SERS活性平台及监测催化体系有重要意义。相关成果发表在英国皇家化学会《化学通讯》杂志上(Chem. Commun. 2015, DOI: 10.1039/C5CC03792A)。

  近几年,监测等离子体驱动及金纳米颗粒催化的反应受到广泛关注,因此研究人员设计并拓展了各种各样的监测体系。众所周知,表面增强拉曼光谱(SERS)已经成为一个强大的分析方法。与其他的振动光谱相比,SERS技术不仅可以提高检测的灵敏度,更重要的是它还可以提供分子的指纹信息。这些优势使得SERS成为检测及监测催化反应的最佳分析。但是,大多数纳米结构作为SERS活性基底,依然存在着热点的构筑不均、纳米结构容易团聚等问题,这些问题使得SERS检测的重现性差。

  针对上述问题,智能所科研人员设计了一种杂化的双金属纳米结构,可以将两种金属的特性结合到一个纳米结构中:以一维的银纳米线为模版,将合成的小尺寸正电荷金纳米颗粒利用静电吸附组装到银纳米线上。将金纳米颗粒有序地修饰在银纳米线上,颗粒和线之间的等离子耦合以及金颗粒的有序组装使得整个体系可以作为一个SERS活性平台,解决了银纳米线的SERS活性由于纵向的等离子体吸收在近红外区域,不能和激光很好地匹配而减弱的问题,成功实现对目标物的灵敏性和重现性检测。

  科研人员设计的这种单个一维的SERS反应器,由于颗粒和线的等离子体耦合以及小尺寸的金纳米颗粒的具有催化效应等特点,既可以实现对等离子体驱动的化学反应监测,又可以监测金颗粒催化的反应。更重要的是,由于银纳米的长度在微米量级,可以在拉曼光学显微镜下进行清晰定位,这使得催化体系可以限定在一个固定的区域,减少周围基底的干扰。

  该研究工作得到了国家重大科学仪器设备开发专项任务、国家重大科学研究计划纳米专项和国家自然科学基金等项目的支持。

  单根可视化的SERS纳米反应器监测催化反应示意图