表面增强拉曼光谱方法学研究成果发表在Nature Communications

发布日期:2017-3-29     浏览次数:1512次    发布者:刘春英    

       我院任斌教授课题组在表面增强拉曼光谱方法学研究方面取得进展,相关研究成果以“Plasmonic photoluminescence for recovering native chemical information from surface-enhanced Raman scattering”为题于2017年3月28日发表在《自然-通讯》(Nature Communications, 2017, 8, 14891; DOI: 10.1038/ncomms14891)。

       表面增强拉曼光谱(SERS)可以提供高达单分子的检测灵敏度和特异的分子指纹信息,是一个非常有前景的分析技术。SERS增强主要源自贵金属纳米结构的局域表面等离激元共振(LSPR)效应。虽然SERS研究者早已意识到该效应强烈依赖于激光波长,并对不同频率的拉曼谱峰增强效果不同,但是迄今为止仍缺乏有效的方法对SERS谱峰相对强度进行可靠的矫正,也常有文献错误解读SERS强度信息,从而过度或错误地解释实验结果。

       在该工作中,任斌教授课题组采用单粒子光谱技术从实验上直接检测SERS光谱和金属纳米粒子的光致发光谱(PL),通过定量研究两者的关联,提出了一种普适的方法矫正LSPR对不同拉曼谱峰相对强度的影响,为理解表面物种构型和作用方式提供了本征的化学指纹信息。他们发现SERS光谱的背景(Bg)主要源自金属纳米结构的PL,而该PL是受纳米结构LSPR调制放大的贵金属本体发光(PL=Bg=PLbulk×LSPR),因此与分子的SERS有着相同的调制机制(SERSmol=sRaman×LSPR)。为此,只要利用实验上测出的金属本体发光谱(PLbulk)和吸附分子的SERS光谱(SERS=SERSmol+Bg),就可以还原出表面分子的本征化学信息(sRaman)。理论结果很好的解释了该方法的可靠性。同时,该方法也在更为复杂的纳米粒子聚集体和针尖增强拉曼光谱体系得到很好的印证。

       该工作由任斌教授指导,通过国内外多个课题组紧密合作完成。实验部分主要由能源材料化学协同创新中心博士生林楷强(第一作者)完成,理论部分主要与易骏博士生、王翔博士后和西班牙Donastia International Physical Center (DIPC)的Rubén Estaban博士以及Javier Aizpurua教授共同合作完成。课题组前期发展的单粒子光谱实验技术(Intraband hot-electron photoluminescence from single silver nanorods, ACS Photonics, 2016, 3, 1248-1255和Size effect on SERS of gold nanorods demonstrated via single nanoparticle spectroscopy, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 20806-20813)为该工作的开展提供了非常好的实验平台。

       该工作得到国家自然科学基金委(项目批准号:21633005、21621091和J1310024)、科技部(项目批准号:2013CB933703、2016YFA0200601)、教育部等部门的大力资助与支持。
                     
       全文链接:http://www.nature.com/articles/ncomms14891