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中科院固体物理所蔡伟平研究员课题组《ACS AMI》：多孔ZnO覆盖金纳米阵列芯片实现对痕量苯系VOCs的高效SERS响应

时间：2022-11-05 来源： 浏览：

中科院固体物理所蔡伟平研究员课题组《ACS AMI》：多孔ZnO覆盖金纳米阵列芯片实现对痕量苯系VOCs的高效SERS响应

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#气相VOCs检测 2 个
#多孔氧化锌包覆金纳米阵列 2 个
#可恢复SERS响应 2 个
#双重增强机制 2 个

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气相挥发性有机化合物（ VOCs ）是大气中主要的污染物之一，同时是对流层臭氧和 PM2.5 的重要前驱体，对环境和人体健康具有极大的危害。相对于传统检测方法，表面增强拉曼光谱（ SERS ）具有指纹识别、快速响应和分子水平灵敏度以及设备便携等优点，有望成为高效检测 VOCs 的有力技术。然而，由于 VOCs 存在与贵金属相互作用弱、拉曼散射截面小的问题，使用 SERS 实现对气相 VOCs 的快速灵敏检测仍然十分具有挑战。
近日，中科院固体物理所蔡伟平研究员课题组在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》期刊上发表了题目为 “ Efficient SERS Response of Porous-ZnO-Covered Gold Nanoarray Chips to Trace Benzene − Volatile Organic Compounds ” 的文章（ DOI: 10.1021/acsami.2c11682 ）。这项研究提供了一种简便的方法，构造了可对气相苯系 VOCs （ B-VOCs ）实现高效 SERS 检测的复合芯片 , 对甲苯气体的响应速度小于 30 s ，最低可检出浓度低于 10 ppb 。该复合芯片采用一步化学生长法将多孔 ZnO 覆盖在金纳米阵列表面。复合芯片对气相 B-VOCs ( 苯，甲苯，二甲苯，氯苯，硝基苯等 ) 具有高效的捕获作用，从而实现快速灵敏的 SERS 响应。进一步研究发现复合芯片对 B-VOCs 的高效 SERS 响应来自于多孔结构增强对分子的吸附作用，以及电磁 - 化学双重增强机制。该项工作不仅提供了一种具有实用价值的 B-VOCs 检测芯片，还对 B-VOCs 与 ZnO 之间的相互作用和化学增强机制提出了深入的理解。赵志鹏（硕士研究生）和鲍浩明（博士后）为本论文共同第一作者，蔡伟平研究员和赵倩副研究员为通讯作者。
图 1 复合芯片的相结构和形貌。
图 2 复合芯片的微观形貌和表面价态分析。
图 3 不同芯片对气相甲苯的典型拉曼响应光谱。
图 4 复合芯片的拉曼响应与暴露在气相中的时间相关性和可恢复性。
图 5 ZnO 覆盖层厚度对拉曼响应的影响。
图 6 复合芯片的拉曼响应与暴露气相的浓度相关性。
图 7 气相 VOCs 的选择性和可识别性，环境湿度的影响。
图 8 多孔氧化锌诱导化学捕获（ DFT 模拟）和双重增强机制的示意图。
图 9 双重增强机制的典型谱学证据。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c11682

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