銀納米棒簇有序陣列構(gòu)筑及SERS檢測水中農(nóng)藥殘留研究獲進(jìn)展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員孟國文小組與美國西弗吉尼亞大學(xué)教授吳年強(qiáng)小組及技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所研究員黃青小組合作，在銀納米棒簇有序陣列構(gòu)筑及基于其表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)效應(yīng)檢測水中農(nóng)藥殘留方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以卷首插畫論文發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Adv. Mater. 2016, 28, 4871-4876)上。

　　拉曼散射光譜能夠提供分子振動的指紋信息，是化學(xué)、生物、環(huán)境等領(lǐng)域中最具應(yīng)用前景的分析技術(shù)之一。然而拉曼散射效應(yīng)非常微弱，拉曼散射光強(qiáng)度約為入射光強(qiáng)度的10-6~10-9，所以需要利用貴金屬納米結(jié)構(gòu)SERS基底來大幅度增強(qiáng)拉曼散射信號。對于理想的SERS基底，首先應(yīng)具有高密度的“熱點(diǎn)”（一般位于<10nm的貴金屬納米結(jié)構(gòu)間隙處，具有顯著增強(qiáng)的局域電磁場），從而保證其具有高SERS靈敏度；其次，要求SERS信號分布均勻一致，即信號可信度高。貴金屬納米棒簇?fù)碛写罅开M窄的縫隙，因而能夠產(chǎn)生高密度的SERS“熱點(diǎn)”；并且納米結(jié)構(gòu)有序陣列具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)均一性，能夠提供高的SERS信號可重復(fù)性和可信度。因此，如果能夠成功制備貴金屬納米棒簇有序陣列，將有望實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高可信度SERS檢測。

　　該團(tuán)隊副研究員朱儲紅利用多孔陽極氧化鋁和單層膠體球構(gòu)成的復(fù)合模板，采用電沉積法成功構(gòu)筑了銀納米棒簇有序陣列。這種分級有序納米結(jié)構(gòu)陣列的SERS增強(qiáng)因子高達(dá)108，并具有較好的信號均勻性和重現(xiàn)性，其信號特征峰強(qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%。時域有限差分法模擬結(jié)果表明，相鄰納米棒頂端之間約2納米寬的間隙內(nèi)，具有強(qiáng)電磁場耦合產(chǎn)生的“熱點(diǎn)”；該有序陣列的高增強(qiáng)因子正是源于這些密集分布的“熱點(diǎn)”。采用該SERS基底能夠同時檢測水中多種痕量農(nóng)藥，例如甲基對硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸等。該工作為大面積、可重復(fù)制備高度有序的納米棒簇陣列提供了一種低成本的簡便方法。相關(guān)研究結(jié)果表明銀納米棒簇有序陣列在基于SERS效應(yīng)檢測水中農(nóng)藥殘留方面具有重要的應(yīng)用前景。

　　相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、“中國科學(xué)院、國家外國專家局創(chuàng)新團(tuán)隊國際合作伙伴計劃”和國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

圖1. 卷首插畫