二維(2D) MXene材料憑借其豐富的表面端點(diǎn)和優(yōu)異的光電性能在表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)應(yīng)用中引起了廣泛的興趣。在本文中，我們提出了一種基于MXene的高靈敏度SERS膜，通過(guò)整合二維尺寸縮小策略和分子富集方法。研究了兩種類(lèi)型的二維碳化釩(V
4C
3和V
2C) MXenes具有超靈敏的SERS傳感性能，并討論了二維碳化釩厚度對(duì)其電子密度態(tài)和界面光致電荷轉(zhuǎn)移共振的影響等SERS機(jī)制。此外，真空輔助過(guò)濾可以進(jìn)一步提升性能，實(shí)現(xiàn)了超快速的分子富集(2分鐘內(nèi))，超高的分子去除率(超過(guò)95%)，并提高了靈敏度(5 × 10
−9 M)。這項(xiàng)工作可能為基于MXene的材料作為非等離子體SERS檢測(cè)的創(chuàng)新平臺(tái)帶來(lái)希望。
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圖1 (a)兩步剝脫法合成二維碳化釩MXenes的示意圖。(b, c) MAX相和碳化釩MXenes的XRD譜圖。(d, e) V
4C
3和V
2C MXenes的V2p XPS譜。(f) V
4C
3和V
2C MXenes的拉曼光譜。(g)柔性V
4C
3和V
2C MXenes膜的照片。
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圖2. (a, b) V
4C
3和V
2C MXenes的TEM圖像。(c, d) V
4C
3和V
2C MXenes的AFM圖像和厚度剖面。(e、f) V
4C
3和V
2C MXenes的SEM圖像和元素映射圖像。
圖3 (a) R6G (1 × 10
−5 M)吸附在裸尼龍膜、V
4C
3和V
2C MXenes上的拉曼光譜。(b, c)不同濃度的R6G吸附在V
4C
3和V
2C MXenes上的拉曼光譜。(d, e)從V
4C
3和V
2C MXenes上的30個(gè)隨機(jī)位點(diǎn)獲得的r6g (1 × 10
−5 M)拉曼光譜。(f)來(lái)自面板d和e (g)拉曼光譜的612 cm
−1峰的強(qiáng)度柱，吸附在V
4C
3 MXenes上的一系列有機(jī)化合物(1 × 10
−5 M)的拉曼光譜。(h, i)在V
4C
3和V
2C MXenes上獲得的r6g (1 × 10
−5 M)拉曼光譜。
圖4. 碳化釩、CV分子和經(jīng)CV修飾的碳化釩的紫外-可見(jiàn)吸收光譜:(a) V
4C
3和(b) V
2C。碳化釩的能帶結(jié)構(gòu)和DOS的DFT計(jì)算:(c, e) V
4C
3和(d, f) V
2C。(g) V
4C
3和V
2C做功函數(shù)的DFT計(jì)算。(h) R6G-V
4C
3和(i) R6G-V
2C系統(tǒng)的原理能級(jí)圖。
圖5。整體碳化釩MXenes的SEM圖像為(a, b) V
4C
3和(c, d) V
2C。r6g (1 × 10
−5 M)在2D碳化釩MXenes、大塊碳化釩MXenes和玻璃晶圓(空白)上的拉曼光譜:(e) V
4C
3和(f) V
2C。(1 × 10
−4 M)吸附在2D和大塊碳化釩MXenes上的af拉曼光譜:(g) V
4C
3和(h) V
2C。計(jì)算二維和大塊碳化釩MXenes的DOS:(i) V
4C
3和(j) V
2C。
圖6。(a)使用碳化釩MXene基膜過(guò)濾探針?lè)肿拥倪^(guò)程示意圖。 (b)過(guò)濾前和過(guò)濾后r6g溶液(1 × 10
−6 M)的UV−vis吸收光譜。(c, d)拉曼光譜和相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度of1×10
−6 MR6G通過(guò)浸泡和過(guò)濾吸附在V
2C MXene基膜上。(e)通過(guò)浸泡和過(guò)濾的方式吸附在V
2C MXene基膜上的r6g分子的檢測(cè)限。(f)過(guò)濾后從V
2C MXene基膜上的30個(gè)隨機(jī)位點(diǎn)獲得的r6g(濃度為1 × 10
−6 M)的拉曼光譜。
相關(guān)科研成果由東南大學(xué)物理學(xué)院Qi Hao和Teng Qiu等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c10800)上。原文：Flexible Two-Dimensional Vanadium Carbide MXene-Based Membranes with Ultra-Rapid Molecular Enrichment for Surface Enhanced Raman Scattering。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
