高靈敏度、良好的信號(hào)重復(fù)性以及易于制備的柔性表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)襯底是研究人員在復(fù)雜環(huán)境中對(duì)探針?lè)肿訖z測(cè)的共同追求。然而，貴金屬納米粒子與基體材料之間的黏附性脆弱、選擇性低以及大規(guī)模制備工藝復(fù)雜等限制了SERS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在本文中，我們提出了一種可擴(kuò)展且成本低的策略，以通過(guò)濕法紡絲和隨后的原位還原工藝制備敏感且機(jī)械穩(wěn)定的柔性Ti
3C
2T
x MXene@graphene氧化物/Au納米簇(MG/AuNCs)纖維SERS襯底。MG纖維的使用為SERS傳感器提供了良好的靈活性(114 MPa)和電荷轉(zhuǎn)移增強(qiáng)(化學(xué)機(jī)制，CM)，并允許在其表面進(jìn)一步原位生長(zhǎng)AuNCs來(lái)構(gòu)建高靈敏度熱點(diǎn)(電磁機(jī)制，EM)，促進(jìn)了基底在復(fù)雜環(huán)境中的耐久性和SERS性能。因此，形成的柔性MG/AuNCs
-1纖維對(duì)R6G分子的檢測(cè)下限為1 × 10−11 M，增強(qiáng)因子(EFexp)為2.01 × 109，信號(hào)可重復(fù)性(RSD = 9.80%)，時(shí)間保留(在儲(chǔ)存90天后仍保持75%)。此外，l -半胱氨酸修飾的MG/AuNCs
-1纖維通過(guò)形成Meisenheime復(fù)合體實(shí)現(xiàn)了對(duì)三硝基甲苯(TNT)分子(0.1 μM)的微量和選擇性檢測(cè)，甚至可以通過(guò)在指紋或樣品袋中采樣TNT分子。這些發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了大規(guī)模制備高性能二維材料/貴金屬粒子復(fù)合SERS基板的空白，有望推動(dòng)柔性SERS傳感器向更廣泛的應(yīng)用方向發(fā)展。
圖1. (a)柔性MG/AuNCs纖維襯底大規(guī)模制備工藝及目標(biāo)分子SERS檢測(cè)示意圖。(b)米級(jí)生產(chǎn)的MG/AuNCs-1纖維的數(shù)字圖像。(b):收集在線軸上的MG/AuNCs-1纖維。(c) MG和(d) MG/AuNCs-1纖維的SEM圖像以及相應(yīng)的c、Ti和Au的EDS圖。(e) MG和MG/ AuNCs-1纖維的數(shù)碼照片。
圖2 MG和MG/AuNCs
-1纖維的XPS光譜比較:(a)寬調(diào)查光譜;(b) Ti 2p，(c) O 1s和(d) Au 4f區(qū)域的核心能級(jí)光譜。(e) MG和MG/AuNCs
-1纖維的XRD光譜。
圖3. (a) GO介導(dǎo)的AuNCs在MG纖維上生長(zhǎng)的示意圖。(b−g)在(b) 50 wt %、(d) 20 wt %和(f) 5 wt %范圍內(nèi)合成的MG/ AuNCs纖維的代表性SEM圖像，以及相應(yīng)的放大區(qū)域(c、e和g)，由(b、e和d)中的紅色矩形所勾勒。
圖4 (a) R6G分子在MG/AuNCs
-1纖維襯底上1 × 10−4~ 1 × 10−11 M的SERS強(qiáng)度。(b)不同濃度下612 cm
−1處R6G分子的對(duì)應(yīng)拉曼強(qiáng)度。(c)從MG/AuNCs
-1纖維襯底的20個(gè)隨機(jī)選擇位置記錄的10−4 M R6G的SERS強(qiáng)度和(d) 612 cm
−1波段的相應(yīng)強(qiáng)度 (e) MG/AuNCs-1纖維襯底在環(huán)境中儲(chǔ)存0-90天不同時(shí)間時(shí)，表面612 cm
−1處R6G的SERS光譜的衰減和(f) 612 cm−1處對(duì)應(yīng)的拉曼強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。
圖5 MG/AuNCs-1纖維襯底在不同機(jī)械刺激下SERS強(qiáng)度的變化。
圖6 提出了MG/AuNCs-1纖維底物的雙增強(qiáng)機(jī)制。
圖7 (a) l -半胱氨酸修飾MG/AuNCs-1纖維底物的示意圖以及相應(yīng)的TNT選擇性檢測(cè)。(b)不同濃度TNT在MG/AuNCs-1-C纖維基體上的SERS光譜。(c)從MG/AuNCs-1-C纖維底物收集的TNT、Tetryl、2,4-二硝基甲苯(DNT)、硝基苯(NB)和4-硝基苯酚(4-NTP)等不同靶分子的SERS光譜和(d)在2917 cm
−1特征峰對(duì)應(yīng)的SERS強(qiáng)度比較。從指紋和樣品袋采集MG/AuNCs-1-C纖維基底上不同濃度(1、5、10、50、100 μM) TNT (e)和Tetryl (f)的SERS光譜。附頁(yè)(e)及(f):指紋袋及樣本袋的照片。
相關(guān)科研成果由西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Alei Dang等人2023年發(fā)表在ACS Sensors (https://doi.org/10.1021/acssensors.2c02808)上。原文：Plasmonic Coupling of Au Nanoclusters on a Flexible MXene/Graphene Oxide Fiber for Ultrasensitive SERS Sensing。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
