纳米限域催化技术：SERS技术监测表面等离激元催化反应研究获进展

纳米限域催化技术：SERS技术监测表面等离激元催化反应研究获进展

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在表面增强拉曼散射（SERS）技术监测催化反应方面取得新进展。在磁场诱导作用下，研究团队成功制备了三维Ag纳米片组装的四氧化三铁/金/银（Fe₃O₄@Au@Ag）磁性一维纳米链并用于SERS活性基底监测4-硝基苯酚的催化反应。

近年来，研究人员发现表面增强拉曼效应除了探测微弱分子光学信号外，还可以检测催化分子间的化学反应。利用金属纳米颗粒表面等离子激元诱导出的热电子，可以实现分子间的键合和特定分子键的切断。此种反应为开拓表面等离子激元的应用和分子催化基础物理化学问题的研究提供了有力的证据，同时可以作为 SERS基底实现原位实时监测及控制化学反应的过程。然而，SERS基底材料的稳定性、可控性、可重复性等问题是SERS用于定性分析向定量分析发展的重要条件。基于对可靠、稳定的SERS活性基底的迫切需求，固体所环境与能源纳米材料中心研究团队，以核壳结构的四氧化三铁-金纳米颗粒（Fe₃O₄@Au）作为结构单元，在外加磁场诱导下将其组装为一维磁性等离子体激元纳米链（MPNCs）。随后，以MPNCs表面的Au壳为成核位点，通过原位生长的方法在纳米链表面生长出三维花状Ag纳米片，从而得到宽度1.5μm、长度100μmFe₃O₄@Au@Ag 磁性一维纳米链，并用于SERS活性的研究。研究表明，Fe₃O₄@Au@Ag 磁性纳米链在结构上拥有大量的“热点”（用R6G作为探针分子，其SERS增强因子为2.2×10⁹）；同时具有优异的SERS信号均一性和重现性（每个峰位的相对标准偏差均小于20%）。基于Fe₃O₄@Au@Ag 磁性纳米链的均相光催化性和SERS活性的双重功能，将其用于原位监测4-硝基苯硫酚(4- nitrothiophenol 4-NTP)在表面等离子体光催化条件下二聚为偶氮衍生物（4 4'-dimercaptoazobenzene DMAB）的转化过程，同时，探讨了激光强度对反应动力学过程的影响。

该研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金和中科院创新国际团队项目的资助。相关研究成果发表在 Journal of Materials Chemistry A 2016 4 8866-8874。

图：(A) Fe₃O₄@Au@Ag磁性等离子体激元纳米链作为SERS基底监测4-NTP到DMAB的示意图；(B)Fe₃O₄@Au@Ag NAMPCs作为SERS基底用于研究不同时间的4-NTP转化为DMAB的SERS光谱；(C) 4-NTP二聚为DMAB的2D SERS色码强度图；(D) 4-NTP二聚为DMAB的等离子光催化反应动力学；Fe₃O₄@Au@Ag NAMPCs的(E)SEM和(F)局部放大SEM图。