近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所研究員孟國文小組與美國西弗吉尼亞大學教授吳年強小組及技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所研究員黃青小組合作，在銀納米棒簇有序陣列構(gòu)筑及基于其表面增強拉曼散射(SERS)效應檢測水中農(nóng)藥殘留方面取得進展，相關(guān)成果以卷首插畫論文發(fā)表在《先進材料》(Adv. Mater. 2016, 28, 4871-4876)上。

　　拉曼散射光譜能夠提供分子振動的指紋信息，是化學、生物、環(huán)境等領(lǐng)域中最具應用前景的分析技術(shù)之一。然而拉曼散射效應非常微弱，拉曼散射光強度約為入射光強度的10-6~10-9，所以需要利用貴金屬納米結(jié)構(gòu)SERS基底來大幅度增強拉曼散射信號。對于理想的SERS基底，首先應具有高密度的“熱點”（一般位于<10nm的貴金屬納米結(jié)構(gòu)間隙處，具有顯著增強的局域電磁場），從而保證其具有高SERS靈敏度；其次，要求SERS信號分布均勻一致，即信號可信度高。貴金屬納米棒簇擁有大量狹窄的縫隙，因而能夠產(chǎn)生高密度的SERS“熱點”；并且納米結(jié)構(gòu)有序陣列具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)均一性，能夠提供高的SERS信號可重復性和可信度。因此，如果能夠成功制備貴金屬納米棒簇有序陣列，將有望實現(xiàn)高靈敏度、高可信度SERS檢測。

　　該團隊副研究員朱儲紅利用多孔陽極氧化鋁和單層膠體球構(gòu)成的復合模板，采用電沉積法成功構(gòu)筑了銀納米棒簇有序陣列。這種分級有序納米結(jié)構(gòu)陣列的SERS增強因子高達108，并具有較好的信號均勻性和重現(xiàn)性，其信號特征峰強度的相對標準偏差小于10%。時域有限差分法模擬結(jié)果表明，相鄰納米棒頂端之間約2納米寬的間隙內(nèi)，具有強電磁場耦合產(chǎn)生的“熱點”；該有序陣列的高增強因子正是源于這些密集分布的“熱點”。采用該SERS基底能夠同時檢測水中多種痕量農(nóng)藥，例如甲基對硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸等。該工作為大面積、可重復制備高度有序的納米棒簇陣列提供了一種低成本的簡便方法。相關(guān)研究結(jié)果表明銀納米棒簇有序陣列在基于SERS效應檢測水中農(nóng)藥殘留方面具有重要的應用前景。

　　相關(guān)工作得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、“中國科學院、國家外國專家局創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃”和國家自然科學基金等項目的支持。

圖1. 卷首插畫