氧化钨SERS效应的氧空位缺陷关联性及其增强机理研究

Surface-enhanced Raman Scattering (SERS) is a powerful technique for analyzing the chemical composition at unprecedented resolution. Currently, expanding SERS-active substrates from traditional Group 11 metals (Au, Ag, Cu) to semiconductor materials is one of the most active fields in SERS. But there are still some obstacles for semiconductors-based SERS substrates. For example, the SERS enhancement is normally low for semiconductor materials. In our recent work, we suggest an effective method to make a big transition for tungsten oxide material from being non-SERS-active to highly-SERS-active by modulation of the density of oxygen vacancies. In this project, we will explore an effective way to more precisely modulate the oxygen vacancies of tungsten oxide, and investigate the relationship between oxygen vacancies and SERS effect, and discuss possible enhancement mechanisms from tungsten oxide. The study provides a new route to design novel SERS substrates, and bring new vigor and vitality to the development of semiconductors-based SERS substrates.

表面增强拉曼（SERS）光谱是一种重要的谱学技术，可以从分子水平上鉴别吸附分子的种类。当前SERS领域最活跃的前沿方向之一是将SERS基底向半导体材料拓展，从而将半导体的广泛应用性和SERS技术的超灵敏检测性有机的结合起来。但是将半导体材料应用于SERS活性基底依然受到诸多问题的阻碍，其中最棘手的问题之一是与常用的金、银、铜几种币金属基底相比，半导体基底的增强效果通常很差。在前期工作中我们通过氧空位缺陷调制使氧化钨材料从对拉曼光谱几乎没有增强转变为非常显著的拉曼增强,其拉曼增强因子可达约10^6。然而这项研究工作还有许多关键科学问题没有得到清楚的解释和证明。本项目拟控制氧化钨材料的氧空位缺陷，研究SERS效应和氧缺陷结构的关系，探讨带缺陷氧化钨材料的SERS增强机理。该项研究对于新型SERS基底的设计及应用探索提供了一种全新的思路和途径，将为SERS基底拓展到半导体材料注入了新的活力。

当前SERS领域最活跃的前沿方向之一是将SERS基底向半导体材料拓展，从而将半导体的广泛应用性和SERS技术的超灵敏检测性有机的结合起来。但是将半导体材料应用于SERS活性基底依然受到诸多问题的阻碍，其中最棘手的问题之一是与常用的金、银等金属基底相比，半导体基底的SERS信号强度非常弱。本项目围绕氧化钨SERS效应的调控和构效关系，发现了“氧缺陷”与“氧插入”两种极大提高氧化钨SERS信号强度的新途径，建立和发展了一些具有良好SERS性能的氧化钨SERS基底材料的合成新思路与制备新途径，揭示了氧化钨SERS性能得以极大增强背后的机制及其构效关系，提出了电致变色调控策略进一步提高氧化钨SERS基底的重现性、可再生性和比色性能。 该项研究对于新型SERS基底的设计及应用探索提供了一种全新的思路和途径，将为SERS基底拓展到半导体材料注入了新的活力。