二维(2D) MXene材料凭借其丰富的表面端点和优异的光电性能在表面增强拉曼散射(SERS)应用中引起了广泛的兴趣。在本文中，我们提出了一种基于MXene的高灵敏度SERS膜，通过整合二维尺寸缩小策略和分子富集方法。研究了两种类型的二维碳化钒(V₄C₃和V₂C) MXenes具有超灵敏的SERS传感性能，并讨论了二维碳化钒厚度对其电子密度态和界面光致电荷转移共振的影响等SERS机制。此外，真空辅助过滤可以进一步提升性能，实现了超快速的分子富集(2分钟内)，超高的分子去除率(超过95%)，并提高了灵敏度(5 × 10⁻⁹ M)。这项工作可能为基于MXene的材料作为非等离子体SERS检测的创新平台带来希望。
  
 
图1  (a)两步剥脱法合成二维碳化钒MXenes的示意图。(b, c) MAX相和碳化钒MXenes的XRD谱图。(d, e) V₄C₃和V₂C MXenes的V2p XPS谱。(f) V₄C₃和V₂C MXenes的拉曼光谱。(g)柔性V₄C₃和V₂C MXenes膜的照片。
 
 
图2. (a, b) V₄C₃和V₂C MXenes的TEM图像。(c, d) V₄C₃和V₂C MXenes的AFM图像和厚度剖面。(e、f) V₄C₃和V₂C MXenes的SEM图像和元素映射图像。 
 

图3 (a) R6G (1 × 10⁻⁵ M)吸附在裸尼龙膜、V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光谱。(b, c)不同浓度的R6G吸附在V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光谱。(d, e)从V₄C₃和V₂C MXenes上的30个随机位点获得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光谱。(f)来自面板d和e (g)拉曼光谱的612 cm⁻¹峰的强度柱，吸附在V₄C₃ MXenes上的一系列有机化合物(1 × 10⁻⁵ M)的拉曼光谱。(h, i)在V₄C₃和V₂C MXenes上获得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光谱。
 
 
图4. 碳化钒、CV分子和经CV修饰的碳化钒的紫外-可见吸收光谱:(a) V₄C₃和(b) V₂C。碳化钒的能带结构和DOS的DFT计算:(c, e) V₄C₃和(d, f) V₂C。(g) V₄C₃和V₂C做功函数的DFT计算。(h) R6G-V₄C₃和(i) R6G-V₂C系统的原理能级图。
 
 
图5。整体碳化钒MXenes的SEM图像为(a, b) V₄C₃和(c, d) V₂C。r6g (1 × 10⁻⁵ M)在2D碳化钒MXenes、大块碳化钒MXenes和玻璃晶圆(空白)上的拉曼光谱:(e) V₄C₃和(f) V₂C。(1 × 10⁻⁴ M)吸附在2D和大块碳化钒MXenes上的af拉曼光谱:(g) V₄C₃和(h) V₂C。计算二维和大块碳化钒MXenes的DOS:(i) V₄C₃和(j) V₂C。
 
 
图6。(a)使用碳化钒MXene基膜过滤探针分子的过程示意图。 (b)过滤前和过滤后r6g溶液(1 × 10⁻⁶ M)的UV−vis吸收光谱。(c, d)拉曼光谱和相应的信号强度of1×10⁻⁶ MR6G通过浸泡和过滤吸附在V₂C MXene基膜上。(e)通过浸泡和过滤的方式吸附在V₂C MXene基膜上的r6g分子的检测限。(f)过滤后从V₂C MXene基膜上的30个随机位点获得的r6g(浓度为1 × 10⁻⁶ M)的拉曼光谱。
 
     相关科研成果由东南大学物理学院Qi Hao和Teng Qiu等人于2022年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c10800)上。原文：Flexible Two-Dimensional Vanadium Carbide MXene-Based Membranes with Ultra-Rapid Molecular Enrichment for Surface Enhanced Raman Scattering。

转自《石墨烯研究》公众号