组份可调的合金纳米结构的可控制备及其SERS效应在分子检测方面的应用研究

The rapid, targeted, trace and quantitative detection of refractory and highly toxic organic pollutants are an important part of pollution prevention and environmental protection. As a high sensitivity, good stability and strong anti-interference spectrum detection technology, alloy-based SERS/TERS spectroscopy has been widely used in biochemical detection, molecular recognition, surface/interface science and other fields. However, the complexity and diversity of physical and chemical properties of the alloy nanomaterials make the structure-activity relationship and enhancement mechanism of the alloy nanostructures still unclear, which seriously hinders the improvement of alloy-based SERS/TERS spectroscopy. In order to overcome this bottleneck, this project proposes to explore the structure-activity relationship and mechanism of different composition, structure, morphology and SERS effect of the alloy nanomaterials. The relationship between the SPR properties of the alloy nanomaterials and their SERS effects will be carefully investigated through combining experimental testing, simulation calculation and theoretical analysis. The research results of this project will promote the theoretical research and practical development of the alloy-based SERS effect and pave the way for the development of a new type of high-performance SERS/TERS alloy-based substrates.

对难降解、高毒性的有机污染物的快速、靶向、痕量、定量检测,是防治污染与保护环境的重要环节。合金基SERS/TERS光谱技术作为一种灵敏度较高、稳定性好、抗干扰能力强的光谱检测技术，已被广泛应用于生化检测、分子识别、表/界面科学等领域。然而合金基纳米材料表面物化性质的复杂性及多样性，使人们对合金类纳米结构的SPR性质，及与其SERS效应间的构效关系和作用机制仍不明晰，这严重阻碍了合金基SERS/TERS光谱技术的性能提升。为了突破这一瓶颈，本项目提出探究合金纳米材料不同组份、结构、形貌与其SERS效应的构效关系及作用机制。采用实验检测、模拟计算与理论分析相结合的方法，深入研究合金类纳米材料SPR性质与其SERS效应间的关联因素。本项目的研究结果将推动合金类SERS效应的理论研究及实用化发展，为研制新型、高性能合金类SERS/TERS基底铺平道路。

合金基SERS/TERS光谱技术作为一种灵敏度较高、稳定性好、抗干扰能力强的光谱检测技术，已被广泛应用于生化检测、分子识别、表/界面科学等领域。可以实现对难降解、高毒性的有机污染物进行快速、靶向、痕量、量的检测。然而合金基纳米材料表面物化性质的复杂性及多样性，使人们对合金类纳米结构的SPR性质，及与其SERS效应间的构效关系和作用机制仍不明晰，这严重阻碍了合金基SERS/TERS光谱技术的性能提升。本课题通过系统性的实验研究，针对室温下合成金属键化合物类合金纳米材料的难点，对合成方法进行优化，开发出了通过调控反应参数和实验条件制备组分比例可调的空心合金纳米笼的方法。针对贵金属合金纳米材料表面物理化学性质的复杂性和多样性，对不同组份、结构和形貌合金纳米材料的表面化学性质、SPR效应进行了研究；并系统的研究了其SERS/TERS活性，通过对一系列典型探针分子的对比实验，确定了合金纳米笼不同组份、结构、形貌与其SERS活性的关联关系。为探究具有不同组份、结构、形貌的合金纳米笼的表面等离子体共振、多极子共振耦合、共振频谱宽化/衰减、金属间等离子体共振耦合等重要性质，通过多种模拟计算方法，明晰了合金纳米笼的金属间协同SPR效应对增强分子拉曼散射截面的作用机理。本项目的研究结果推动了合金类SERS效应的理论研究及实用化发展，为研制新型、高性能合金类SERS/TERS基底铺平了道路。