合肥研究院SERS技術(shù)監(jiān)測(cè)表面等離激元催化反應(yīng)研究獲進(jìn)展

　　 近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心在表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)監(jiān)測(cè)催化反應(yīng)方面取得新進(jìn)展。在磁場(chǎng)誘導(dǎo)作用下，研究團(tuán)隊(duì)成功制備了三維Ag納米片組裝的四氧化三鐵/金/銀（Fe3O4@Au@Ag）磁性一維納米鏈并用于SERS活性基底監(jiān)測(cè)4-硝基苯酚的催化反應(yīng)。

　　近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)除了探測(cè)微弱分子光學(xué)信號(hào)外，還可以檢測(cè)催化分子間的化學(xué)反應(yīng)。利用金屬納米顆粒表面等離子激元誘導(dǎo)出的熱電子，可以實(shí)現(xiàn)分子間的鍵合和特定分子鍵的切斷。此種反應(yīng)為開拓表面等離子激元的應(yīng)用和分子催化基礎(chǔ)物理化學(xué)問(wèn)題的研究提供了有力的證據(jù)，同時(shí)可以作為SERS基底實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。然而，SERS基底材料的穩(wěn)定性、可控性、可重復(fù)性等問(wèn)題是SERS用于定性分析向定量分析發(fā)展的重要條件?；趯?duì)可靠、穩(wěn)定的SERS活性基底的迫切需求，固體所環(huán)境與能源納米材料中心研究團(tuán)隊(duì)，以核殼結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵-金納米顆粒（Fe3O4@Au）作為結(jié)構(gòu)單元，在外加磁場(chǎng)誘導(dǎo)下將其組裝為一維磁性等離子體激元納米鏈（MPNCs）。隨后，以MPNCs表面的Au殼為成核位點(diǎn)，通過(guò)原位生長(zhǎng)的方法在納米鏈表面生長(zhǎng)出三維花狀A(yù)g納米片，從而得到寬度1.5μm、長(zhǎng)度100μm Fe3O4@Au@Ag磁性一維納米鏈，并用于SERS活性的研究。研究表明，F(xiàn)e3O4@Au@Ag 磁性納米鏈在結(jié)構(gòu)上擁有大量的“熱點(diǎn)”（用R6G作為探針?lè)肿?，其SERS增強(qiáng)因子為2.2×109）；同時(shí)具有優(yōu)異的SERS信號(hào)均一性和重現(xiàn)性（每個(gè)峰位的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于20%）。基于Fe3O4@Au@Ag 磁性納米鏈的均相光催化性和SERS活性的雙重功能，將其用于原位監(jiān)測(cè)4-硝基苯硫酚(4- nitrothiophenol, 4-NTP)在表面等離子體光催化條件下二聚為偶氮衍生物（4,4-dimercaptoazobenzene, DMAB）的轉(zhuǎn)化過(guò)程，同時(shí)，探討了激光強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。

　　該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金和中科院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2016,4, 8866-8874。

　　圖：(A) Fe3O4@Au@Ag磁性等離子體激元納米鏈作為SERS基底監(jiān)測(cè)4-NTP到DMAB的示意圖；(B) Fe3O4@Au@Ag NAMPCs作為SERS基底用于研究不同時(shí)間的4-NTP轉(zhuǎn)化為DMAB的SERS光譜；(C) 4-NTP二聚為DMAB的2D SERS色碼強(qiáng)度圖；(D) 4-NTP二聚為DMAB的等離子光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；Fe3O4@Au@Ag NAMPCs的(E)SEM和(F)局部放大SEM圖。