合肥研究院多孔Au

近期， 中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所微納技術與器件研究室研究員李越課題組在多孔金-銀合金納米材料有序陣列的表面增強拉曼散射研究方面取得新進展， 相關研究結果發表在ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces, 10 , 9792-9801 (2018) )上。

貴金屬納米粒子（Au、Ag等）因其具有獨特的光學性能和良好的生物相容性， 使其在光催化、生物傳感、生物標記、醫學成像、太陽能電池、表面增強拉曼散射 (SERS) 等領域應用廣泛。 相對于單一元素的貴金屬Au或Ag， Au-Ag合金納米材料由於兼具Au和Ag的特性（Ag的強局域電磁場特性及Au的優異穩定性）， 使其成為理想的SERS基底用於檢測有機分子。

而多孔結構的Au-Ag合金納米材料由於具有高比表面積、易吸附待檢測分子、“熱點”密度高等特點， 被廣泛研究和應用。

目前， 多孔Au-Ag合金納米材料的製備方法一般是先製備出Au@Ag核殼納米粒子， 進行高溫退火處理後採用電化學或化學刻蝕等方法去除部分銀， 形成多孔結構。 這種製備方法較為複雜、製備成本較高、很難實現大規模的快速製備， 而且高溫退火容易引起顆粒間團聚、燒結等問題；另外在製備過程中還需要加入封端劑或者穩定劑；作為SERS襯底使用時， 殘留的封端劑或者穩定劑將阻礙目標分子在襯底上吸附， 嚴重影響其對目標分子的檢測極限和靈敏度。

鑒於此， 研究人員以單層膠體微球陣列為範本，

採用物理沉積方法在範本的表面沉積一層Au膜， 通過熱處理獲得Au納米球有序陣列；再採用物理沉積方法在Au納米球有序陣列的表面沉積一層Ag膜， 然後進行退火處理， 製備出Au-Ag合金納米球有序陣列；通過對製備的Au-Ag合金納米球有序陣列進行去合金化處理， 可構築一種具有雙連續結構的三維多孔Au-Ag合金球有序陣列 (圖1、圖2)。 該方法不僅能夠製備出大面積週期及尺寸均可控的六方非密排多孔Au-Ag合金納米球有序陣列， 而且無需添加封頂劑和穩定劑。 該多孔Au-Ag合金納米球有序陣列具有很強的SERS活性， 對4-ATP的檢測限低達10-10 M， 同時在大面積內 (100×100 μm) 具有優異的SERS信號可重複性 (圖3)。 該項研究結果對進一步提高納米材料的SERS活性和穩定性具有一定指導意義。

以上研究得到了中科院交叉團隊項目和國家自然科學基金專案資助。

圖1. 多孔Au-Ag合金納米球有序陣列製備過程示意圖。

圖2. (a)-(b) 分別為多孔Au-Ag合金納米球有序陣列的FESEM照片（(a) 實物圖， (b) 單個顆粒）；(c)-(f) 多孔Au-Ag合金納米球的TEM、HRTEM及其傅裡葉轉換照片；(g)-(i) 多孔Au-Ag合金納米球HAADF-STEM照片和元素分佈圖。

圖3. (a)不同結構Au-Ag納米材料有序陣列對4-ATP 的SERS性能對比結果；(b)多孔Au-Ag合金納米球有序陣列對4-ATP 的SERS信號強度分佈圖；(c) SERS信號強度分佈標準差；(d) 多孔Au-Ag合金納米球有序陣列對不同濃度下4-ATP的SERS性能對比圖。