分子检测在生物传感、食品安全、环境监测等方面具有重要意义。无等离子体表面增强拉曼散射（SERS）具有生物相容性好、机械稳定性好、成本低等优点，是一种很有发展前途的传感技术，其超高的灵敏度是现实应用中迫切需要解决的问题。作为概念证明，我们报道了一种结合起皱和化学功能化的机械化学策略，以制备具有亚阿摩尔检测限的基于2D MnPS₃的无等离子体激元SERS平台。具体而言，2D MnPS₃中褶皱的形成使得该材料的SERS基底能够检测痕量亚甲基蓝分子。实验结果表明，褶皱结构有助于改善光-物质耦合。在此基础上，用二氢组胺修饰已吸收亚甲基蓝的起皱MnPS₃可将检测限进一步降低至10⁻¹⁹ M。因为二氢组胺分子中的氨基是交联剂，可创建更多路径以促进这些物质之间的电荷转移。这为设计具有单分子水平灵敏度的SERS传感器提供了指导。
 
 
图1. 从(a)传统的无等离子体SERS基底到(b)起皱和(c)化学功能化相结合的机械化学SERS平台的演变过程示意图演示。d二维MnPS₃球棒模型俯视图和(e)侧视图。f二维MnPS₃带皱纹的SEM图像。浓度为10⁻⁶ M的MB分子在化学功能化前(g)平坦区、起皱区(h)和化学功能化后(i)的拉曼光谱。
 

图2. 二维MnPS₃薄片的AFM图像。插图是沿黄色虚线的薄片高度图。b二维MnPS₃的LFM图像和(c)相应的FFT图。d二维MnPS₃的原子分辨HAADF-STEM图像。表面空缺用黄色虚线圈表示。e（上）二维MnPS₃的HAADF-STEM图像，（下）表示空位的绿色虚线沿线的强度变化。f MnPS₃、MB分子及其混合物的透射光谱。
 


图3. 二维MnPS₃中平行皱纹的制作原理图。b皱纹的SEM图像。c折皱中应变变化示意图。
d从相同浓度溶液中吸收的MB分子在不同预应变和平区PDMS基底上制备的皱褶MnPS₃区域的拉曼光谱。e平行褶皱的光学显微镜图像，其中一条褶皱已经塌陷成褶皱。f基于1625 cm⁻¹处峰值强度的拉曼图，对应于(e). g MnPS₃褶皱上MB分子在不同拉伸应变作用下的SERS谱图。
 
 
图4. 从不同浓度的体溶液中吸收的MB分子的SERS光谱。(b)暴露于激光辐射超过2小时和(c)在空气中储存50天后MB分子SERS光谱的稳定性。有（上）和没有（下）MB和HD分子的MnPS₃的S 2p XPS光谱。e含有MB和HD分子的二维MnPS3皱褶的AFM图像，选择其中三个位置收集(f)纳米红外光谱。g机械化学SERS平台工作机理示意图。h基于MnPS₃的无等离子体SERS衬底、其他二维材料或异质结构、等离子体SERS衬底和其他小分子传感器的性能比较。
 
        相关研究成果由佛山大学Wenjun Chen、Changjiu Teng、Shilong Zhao和中国科学院金属研究所Hui-Ming Cheng课题组2024年发表在ACS Sensors (链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.4c01647)上。原文：Prototype Alarm Integrating Pulse-Driven Nitrogen Dioxide Sensor Based on Holey Graphene Oxide/In2O3

转自《石墨烯研究》公众号