Ag纳米片包覆ZnO纳米柱阵列构成的高活性SERS衬底用于快速痕量检测多氯联苯的研究

Polychlorinated biphenyls (PCBs), one kind of persistent organic pollutants, do enormous damage to ecological environment and human beings due to their easy bioaccumulation, high toxicity and hard degradation. The common techniques for PCBs detection are complicated, time-consuming, costly and difficult to real-time monitor. Based on the principle that SERS technique can rapidly detect trace molecules, we plan to fabricate Ag nanosheets coated ZnO nanopillar arrays that have chemical absorbability and extremly high SERS sensitivity to PCBs, study on the relation between the parameters of the Ag-nanosheet-ZnO-nanopillars composite nanostructures and their SERS sensitivity to PCBs, and then improve the fabrication technique and tune the structure parameters to improve the sensivity of the SERS substrate to PCBs. To further improve their sensitivity to PCBs and achieve trace or even ultra-trace detection of PCBs, we modify the SERS substrates with some organic agents to improve their ability to capture trace PCBs molecules. Carrying out this project will develop the technologies for constructing highly sensitive SERS substrates, and provide scientific basis and technical support for SERS-based rapid detection of trace or even ultra-trace PCBs.

多氯联苯（PCBs）作为严重危害生态环境与人类健康的持久性有机污染物，易生物富集、毒性高、降解难，其常规检测技术过程复杂、耗时，成本高，难以实现实时痕量监测。本项目基于表面增强拉曼散射(SERS)技术快速、实时探测痕量分子的原理，拟构筑对PCBs具有化学吸附能力以及高SERS灵敏性的Ag纳米片包覆ZnO纳米柱阵列，并研究Ag纳米片-ZnO纳米柱复合结构的参数与PCBs检测灵敏度的关系，改善制备工艺，调节结构参数，提高SERS衬底探测PCBs的灵敏性。在此基础上，选择合适的表面修饰剂对SERS衬底进行修饰以促进其捕获痕量PCBs，进一步提高其灵敏性实现痕量甚至超痕量检测PCBs。该项目的实施，有助于提高高灵敏性SERS衬底的制备技术，为利用SERS技术快速检测痕量甚至超痕量PCBs提供科学依据和技术支持。

多氯联苯（PCBs）具有易生物富集、毒性高、降解难等特点，是一类严重危害生态环境与人类健康的持久性有机污染物。PCBs的常规检测技术具有过程复杂、耗时，成本高，难以实现实时痕量监测等缺点。表面增强拉曼散射（SERS）光谱检测技术具有灵敏、快速、准确等优点。利用SERS技术检测PCBs需要解决“高灵敏度SERS基底的制备”以及“SERS基底对PCBs分子的捕获和拉曼信号增强”这两个关键问题。针对这两个问题，本项目的研究内容为：（1）制备高SERS灵敏度的基底，例如银纳米片组装的薄膜、银纳米片组装的微米半球、银纳米片包裹的聚酰胺纤维柔性薄膜、银纳米片组装的纳米管阵列、银纳米颗粒修饰的金分形结构、银纳米颗粒修饰的片状氧化镍包裹的镍纳米棒阵列、贵金属纳米颗粒修饰的石墨烯片、流控温敏SERS器件、银纳米棒簇阵列、以及贵金属纳米颗粒修饰的海绵状还原态氧化石墨烯；（2）利用巯基环糊精修饰SERS基底，提高其对PCBs分子的捕获能力，进而增强其拉曼信号，实现对PCBs的快速SERS检测；利用海绵状还原态氧化石墨烯对PCBs分子的高效吸附能力，实现了对1nM的PCBs的捕获和SERS检测。研究发现银纳米片组装结构以及银纳米颗粒修饰的结构均表现出对PCBs的SERS敏感性，最低检测浓度达到10nM，并且实现了对两种PCBs混合溶液的检测。该项目的研究成果，有助于提高高灵敏性SERS 衬底的制备技术，为利用SERS 技术快速检测痕量PCBs 提供科学依据和技术支持。