近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员赵志刚率领的研究团队，发现氧分子可以作为开启半导体化合物SERS性能宝藏的钥匙，即利用化合物化学组成可调的特点，巧妙地通过氧元素调控过渡金属化合物的化学计量组成或表面晶格氧浓度，来增强非（弱）SERS活性材料表面物种的信号。
在此学术思想指导下，该研究团队首先选择自身富氧缺陷的W18O49海胆状纳米粒子作为SERS基底，获得了高灵敏度和低探测极限的优异SERS性能。
随后，赵志刚团队选择了硫化钼（MoS2）这种本身SERS性能微弱的硫族半导体材料，通过取代和氧化两种方式方便地实现其晶格中氧的插入。结果证实，适量的氧插入可使硫化钼的SERS活性提升100,000倍，但过量的氧掺杂会导致SERS活性大幅下降。此外，通过这种氧插入方法，硒化钨、硫化钨、硒化钼等多种化合物的SERS性能均可获得大幅增强，也就是说，这种晶格氧调控的手段在提升半导体SERS性能方面颇具普适性潜力。 至此，晶格中的“氧缺陷”与“插入氧”对半导体SERS的增强作用已被统一，而理论计算结果更是指向了同一结论。
氧缺陷W18O49纳米粒子作为SERS基底性能优秀
氧插入MoS2材料作为基底SERS性能提升显著
赵志刚团队的工作证实了恰当地调制半导体化合物中的晶格氧，可作为显著提升其SERS性能的一种有效手段，突破常规SERS技术中贵金属基底的局限性，进一步拓宽半导体化合物作为基底材料在SERS检测中的应用范畴。系列研究成果分别以Noble metal-comparable SERSenhancement from semiconducting metal oxides by making oxygen vacancies与Semiconductor SERS enhancement enabled by oxygen incorporation为题在线发表在Nature Communications上。
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