基于半导体纳米结构表面等离激元的SERS研究

The surface enhanced Raman spectra (SERS) on the substrates of semiconductor nanomaterials have been systematically studied in the previous work, and their enhancement is attributed to the contribution of charge transfer. The surface plasmons (SPs) absorption of semiconductor nanomaterials appears in the infrared region, but also emerges in the visible region under special conditions. This application continues researches on semiconductor nanomaterials as SERS substrates in view of our previous studies. Main contents: 1) Prepare semiconductor nanomaterials of which SPs absorption appears in visible region, research SERS spectra based on semiconductor SPs. 2) Construct various noble metal-semiconductor nanostructures composite systems, study the interaction and influence between noble metals and semiconductor nanomaterials. 3) Explore the coexistence or competition mechanism of SPs synergistic effect and charge transfer contributing in the composite system of noble metal-semiconductor nanostructures and its effect on SERS. Through the study of this project, we will find the general rule, material composition and structure of the semiconductor nanomaterials’ blue-shifting to the visible region, discuss the characteristics of SERS spectra based on the performance of the semiconductor nanomaterials SPs in the visible region, and analyze the formation of the SPs with electrons participating and rules of charge transfer in the system of semiconductor nanomaterials. This study will provide us more experimental and theoretical evidences for SERS research.

前期系统研究了半导体纳米材料为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)，将其增强主要归结为电荷转移。半导体纳米材料的表面等离子(SPs)吸收一般出现在红外区，但特定条件下也出现在可见区域。本申请将开展基于半导体纳米SPs的SERS研究工作。主要内容：1)制备可见区SPs吸收的半导体纳米材料，研究基于半导体SPs的SERS光谱；2)构筑各种贵金属-半导体纳米结构复合体系，研究贵金属、半导体纳米材料SPs相互作用及影响；3)探索贵金属-半导体纳米复合体系中SPs协同作用及与电荷转移贡献共存或竞争机制及其对SERS的影响。通过本项目的研究希望探索半导体纳米材料SPs移到可见区的一般规律及材料组成和结构特征，探讨基于半导体纳米材料可见区SPs特性SERS光谱，分析半导体纳米材料体系中自由电子参与的SPs形成及与电荷转移相关联的规律。本研究将为SERS基础和应用研究提供更丰富的实验和理论依据。

前期系统研究了半导体纳米材料为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)，将其增强主要归结为电荷转移。半导体纳米材料的表面等离子(SPs)吸收一般出现在红外区，但特定条件下也出现在可见区域。本研究主要开展了半导体纳米材料作为SERS基底的研究，主要内容包括：1) 制备具有可见区 SPs 吸收的半导体纳米材料，研究其 SERS 特性；2) 构筑各种贵金属-半导体纳米材料复合体系，研究贵金属、半导体纳米材料SPs 相互作用及影响；3) 探索贵金属-半导体纳米材料复合体系中 SPs 协同作用及其与电荷转移贡献共存或竞争机制及对 SERS 的影响。.选择具有SPs吸收特性的半导体纳米材料（通常其吸收在红外区域）作为研究对象，通过金属离子掺杂和构筑贵金属-半导体纳米结构复合体系来调节SPs吸收位置，使其蓝移而更加靠近可见区。选择合适的激发光波长以适应半导体纳米材料的SPs特性，获得基底上吸附各种常见探针分子更高的SERS增强。如：钼钨氧化物纳米材料最大增强因子可达6.09×107，优异的SERS性能归功于半导体纳米材料在可见区的电磁增强和电荷转移机制的协同增强效应。.贵金属-半导体复合纳米结构可以产生新的共振行为，半导体一般有较大的折射率，因此对入射光电磁场有明显的改变。这种变化的入射光电磁场与贵金属纳米材料SPs之间发生相互作用，在贵金属/半导体复合纳米结构中产生复杂的等离子体共振行为。通过SERS光谱来研究不同的金属-半导体接触对SERS增强能力的影响；探索贵金属-半导体纳米复合体系中SPs协同作用与电荷转移贡献共存或竞争机制及其对SERS的影响，进一步深入研究SERS的化学和物理增强模式。.项目发表标注SCI论文61篇，会议论文28篇；申请中国发明专利11项，其中授权7件；获省部级科技奖励一等奖2项，二等奖1项；培养博士后1人，毕业博士4人、硕士3人。.