准金属氧化钨纳米枝晶用于表面增强拉曼散射丨CellPress论文速递
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物质科学
Physical science
作为一种极其灵敏的无损且免标记的检测方法，表面增强拉曼散射（SERS）技术近年来得到了迅速的发展，被广泛应用于环境污染物检测、生物细胞成像、反应机制探查等领域。对于SERS的性能来说，构成其基底的材料的性质起到了决定性的作用。目前最常见的SERS基底材料有两大类，一类是以金、银为代表的贵金属纳米结构，另一类是以金属氧化物、硫化物为代表的半导体纳米结构。受电磁场增强机理（EM）为主的贵金属SERS基底具有灵敏度高、稳定性强等优点，但是其带隙较难调节，且成本较高。受电荷传输增强机理（CT）为主的半导体基底则具有带隙可调、表面活性点教多等优点，但往往灵敏度不高，且不太稳定。那么有没有一种材料既可以同时具有贵金属和半导体SERS基底的优点呢？
有鉴于此，中国检验检疫科学研究院席广成研究员课题组提出了一种准金属SERS基底的概念（图1），制备出了具有高灵敏度的WO2纳米枝晶。相关结果发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上。
▲ 图1 准金属SERS基底的概念
作者发展了一种简单的溶剂热路线，能够成百克地制备出了准金属性的WO2纳米枝晶（图2）。这些WO2纳米枝晶大小、形貌上高度一致，包含有大量的纳米间隙，既能大量吸附待测物分子，同时也能满足SERS基底对信号均匀性的要求。
拉曼实验结果表明，当采用这些准金属性的WO2纳米枝晶作为SERS基底时，其对待测物分子（R6G）的最低检测限高达10-10 M（图3）。这个级别的检测限在半导体基底中是很难实现的，已经可以和贵金属基底相比拟。
作者发现，准金属WO2之所以表现出如此高的灵敏度，与其所具有的双重增强机制分不开。一方面WO2的表面活性很高，与吸附分子之间的界面作用很强，促进了电荷在基底和待测物分子之间的传输效率；另一方面，由于其具有大量的自由电子，产生了强烈的表面等离子体共振（SPR）效应，同时受益于大量纳米间隙的存在，产生了高密度的“热点”区域。因此，在SPR和CT两种增强效应的共同作用下，WO2枝晶产生了强烈的SERS效应。
综上，这项工作为发展灵敏、稳定且低成本的SERS基底材料提供了一种有价值的参考。
▲图2 合成路线和材料结构表征
▲图3 WO2纳米枝晶的SERS性能
相关论文信息
论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Quasi-metallic Tungsten Oxide Nanodendrites with High Stability for Surface-Enhanced Raman Scattering
▌论文网址：
https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30021-7
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100031
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