Au/MoS2復合納米結構的SERS性能研究

張思楠

摘? 要：表面增強拉曼散射是一種良好的分子檢測技術，尋求性能良好的表面增強拉曼散射基底是研究表面增強拉曼散射的重要挑戰之一。在研究中發現，二硫化鉬具有良好的吸附能力及熒光淬滅的作用[1]，其作為SERS基底十分具有優勢，于是將金屬與MoS2材料復合作為SERS基底，不僅增強基底的吸附性，并且從多個方面提升其SERS性能。文章制備出MoS2納米花，并在其表面裝飾Au納米粒子，制備出的復合納米材料作為SERS基底，并通過檢測亞甲基藍染料分子來研究其SERS性能。

關鍵詞：Au/MoS2復合納米結構;SERS;亞甲基藍

中圖分類號：O647.31 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0061-02

Abstract： Surface-enhanced Raman scattering is a good molecular detection technique. Searching for surface-enhanced Raman scattering substrates with good performance is one of the important challenges in studying surface-enhanced Raman scattering. In the research， it was found that molybdenum disulfide has good adsorption capacity and fluorescence quenching effect which is very advantageous as a SERS substrate， so the metal and MoS2 materials are combined as a SERS substrate， which not only enhances the adsorption of the substrate， but also improve its SERS performance in several ways. In this paper， MoS2 nanoflowers were prepared and the Au nanoparticles were decorated on the surface. The composite nanomaterials were prepared as SERS substrates， and their SERS properties were studied by detecting methylene blue dye molecules.

Keywords： Au/MoS2 composite nanostructure; SERS; methylene blue

1 簡介

金屬材料具備良好的SERS性能[2-3]，但金屬SERS基底吸附能力弱且易團聚氧化，因此對SERS性能產生諸多不良影響。過渡金屬二元化合物（MX2）在光電器件、催化等方面有著十分廣泛的應用[4-5]， 其中二硫化鉬（MoS2）作為典型的二維結構材料，可在1.29eV～1.9eV之間調節帶隙[6]，并且相比于其他半導體材料，MoS2在諸多方面有著一定的優勢，并且由于MoS2優異的吸附能力及熒光淬滅的作用，其作為SERS基底材料逐漸引起了研究人員的興趣。

在本文中，制備出MoS2納米花與Au納米粒子的復合納米結構，通過檢測亞甲基藍（MB）染料分子來研究其SERS性能。

2 實驗部分

2.1 MoS2納米花制備

取1.0gNa2MoO4·2H2O、1.2g硫脲放入適量去離子水中攪拌，使之均勻混合，之后加入0.4g草酸調節溶液pH值，倒入反應釜中，在高溫爐中200℃反應24h，反應結束后，使用去離子水、無水乙醇清洗2、3次直至溶液澄清，將沉淀物放入干燥箱中干燥，最終得到黑色MoS2粉末。

2.2 Au/MoS2復合納米結構的制備

將6.5×10-4M的MoS2溶液倒入一定濃度的沸騰的HAuCl4·3H2O水溶液中，將混合溶液攪拌至沸騰3min，反應結束后冷卻至室溫后離心，使用去離子水、無水乙醇清洗，最后將得到的黑色沉淀物放入干燥箱中干燥。

2.3 SERS基底的制備

配置好10-6M濃度的MB溶液，取適量的MoS2粉末或Au/MoS2復合納米結構粉末于洗凈的硅片上，將MB溶液滴至粉末上，室溫下自然干燥。

3 結果與討論

3.1 表征

為研究MoS2納米花及Au/MoS2復合納米結構的表面形貌特征，進行了SEM、TEM表征。圖1為MoS2納米花的SEM圖，可以從圖1中明顯看出制備出的MoS2呈明顯的牡丹花狀結構，表明已成功制備出MoS2納米花。

3.2 SERS性能研究

亞甲基藍染料（MB）是一種廣泛應用于生物組織和細染色的染料分子，常用于檢測DNA分子的相互作用等，因此本文選取MB染料分子作為檢測分子，對Au/MoS2復合納米結構的SERS性能進行研究。如圖3所示，在10-6M濃度的MB溶液下，Au/MoS2復合納米結構基底在497cm-1、652cm-1、683cm-1、1401cm-1處檢測出MB分子的特征振動峰，其中497cm-1為C-N-C環的骨架變形振動模式，652 cm-1為C-N-C環的骨架變形振動模式，683cm-1為C-H鍵的面外擺動及骨架面外扭曲振動的耦合模式，1401cm-1處為CH3變形振動模式[7]。由此圖可知Au/MoS2復合納米結構SERS基底在MB濃度為10-6M時可獲得部分拉曼振動峰，其對MB分子具有一定的SERS增強效果。

3.3 SERS機理的研究

SERS的增強機理主要存在電磁增強及化學增強。電磁增強一般存在于金屬納米材料中，是由于局域表面等離子體共振激發從而引起電場的增強，而化學增強一般是由于檢測分子與SERS基底間的電荷轉移、吸附增強等[8]。而在本文中制備的Au-MoS2復合納米結構的SERS增強機理源于電磁增強和化學增強的共同作用。

4 結束語

總之，本文成功制備出MoS2納米花及Au/MoS2復合納米結構，其中Au/MoS2復合納米結構是一種性能優異的SERS基底，其實現了對濃度為10-6M的MB分子的SERS檢測。以上結論均可證明制備出的Au/MoS2復合納米結構SERS基底展現出了優異SERS性能。

參考文獻：

[1]Jiang S， Guo J， Zhang C， et al. A sensitive， uniform， reproducible and stable SERS substrate has been presented based on MoS2@Ag nanoparticles@pyramidal silicon[J]. Rsc Advances， 2017，7（10）：5764-5773.

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[6]Conley H J， Wang B， Ziegler J I， et al. Bandgap engineering of strained monolayer and bilayer MoS2[J]. Nano Letters， 2013，13（8）：3626.

[7]鐘亮，胡勇軍，邢達，等.亞甲基藍在膠體銀表面的吸附——表面增強拉曼光譜和密度泛函理論計算[J].光譜學與光譜分析，2010，30（1）：90-94.

[8]Li Z， Jiang S， Huo Y， et al. Controlled-layer and large-area MoS2 films encapsulated Au nanoparticle hybrids for SERS.[J]. Optics Express， 2016，24（23）：26097-26108.