迪肯大学Ying Chen教授团队Mater. Today Phys. 综述氮化硼纳米片在表面增强拉曼光谱的应用- 大数跨境

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迪肯大学Ying Chen教授团队Mater. Today Phys. 综述氮化硼纳米片在表面增强拉曼光谱的应用

科学材料站

2021-12-04

导读：该综述论文总结了近年来氮化硼纳米片在表面增强拉曼光谱的应用，包括氮化硼纳米片作为拉曼增强基底，金属颗粒支撑基底

文章信息

氮化硼纳米片在表面增强拉曼光谱的应用

第一作者：蔡起然博士

通讯作者：蔡起然博士和Ying Chen 教授

单位：澳大利亚迪肯大学

研究背景

由于极高的检测灵敏度，表面增强拉曼光谱被广泛地应用于生物、化学分子的检测。虽然经历了几十年的发展，但是传统的表面增强拉曼基底还存在一些亟待解决的问题。比如，成本高、贵金属颗粒（银）极易被氧化、重复性差（检测分子与金属颗粒发生催化反应）、不可重复使用等等。

另外，因为在传统表面增强拉曼基底上，电磁场增强和化学增强同时存在，而且前者增强强度比后者大很多，所以很难在传统基底上研究表化学增强机理。二维材料特别是氮化硼纳米片的出现成功地解决了以上问题。

文章简介

在这里，来自澳大利亚迪肯大学的Ying Chen教授团队与广东工业大学黄少铭教授合作，在国际知名期刊Materials Today Physics 上发表了题为 “Boron nitride nanosheets for surface-enhanced Raman spectroscopy” 的综述论文。

该综述论文总结了近年来氮化硼纳米片在表面增强拉曼光谱的应用，包括氮化硼纳米片作为拉曼增强基底，金属颗粒支撑基底，金属颗粒保护膜以及纳米间隔材料。本文中，作者重点分析了氮化硼纳米片相对于石墨烯在表面增强拉曼光谱应用的优势。相对于石墨烯，电绝缘性的氮化硼纳米片有更好的化学和热稳定性。

因此，氮化硼纳米片能够在室温和高温下保护金属颗粒（特别是银）避免被氧化从而使拉曼基底可以重复使用。这里的高温主要用于去除吸附的检测分子以达到重复使用拉曼基底的目的。另外，电绝缘性的氮化硼纳米片可以长时间保护金属颗粒，不像石墨烯会与金属颗粒发生原电池反应而加速金属颗粒的氧化。

本文要点

要点一：氮化硼纳米片本身作为拉曼增强基底

石墨烯能够与有机分子（如CuPc）发生电荷转移，从而增强有机分子的拉曼信号。由于氮化硼是绝缘的，不能与有机分子发生电荷转移。但是B-N键具有极性，因此氮化硼纳米片可以与有机分子发生偶极作用从而增强有机分子的拉曼信号。同时，拉曼增强因子与有机分子和氮化硼纳米片之间的相互作用力相关。氮化硼纳米片的这个特殊性质有助于对拉曼的化学增强机理的研究。

要点二：氮化硼纳米片作为金属颗粒的支撑材料

在这个拉曼增强基底上，金属颗粒沉积在氮化硼纳米片表面提供拉曼增强活性，而氮化硼纳米片主要作为有机分子吸附剂。相对于硅片等传统基底材料，氮化硼纳米片对有机分子有较强的吸附作用，从而能够提高拉曼基底的检测灵敏度。

但是，这样的拉曼基底只具备一定的可重复使用性。主要是因为在这个设计中，金属颗粒还是暴露于空气中。在高温去除有机分子时，金属颗粒会被一定程度的氧化，从而影响拉曼增强活性。

要点三：氮化硼纳米片作为金属颗粒的保护材料

在这个设计中，氮化硼纳米片覆盖在金属颗粒表面。这样，氮化硼纳米片有更多的表面积来吸附有机分子，从而增加拉曼基底的检测灵敏度。同时，氮化硼极高的热稳定性能够在高温下保护金属颗粒避免被氧化。

因此，这样的拉曼增强基底具有高灵敏度和可重复使用性。而石墨烯只能稳定到250 °C左右，无法满足可重复使用的要求。另外，由于氮化硼的绝缘性和化学稳定性等特殊性质，氮化硼纳米片覆盖的拉曼基底还具有可重复性，耐光漂白性和耐化学腐蚀性等优点。

要点四：氮化硼纳米片作为纳米间隔材料

由于氮化硼纳米片等二维材料的厚度可控，因此可以作为纳米间隔材料。研究表明，由绝缘的氮化硼纳米片间隔的金、银颗粒增强的拉曼基底具有很高的检测灵敏度。而石墨烯作为间隔材料的相同的拉曼基底的灵敏度要低的多。主要因为石墨烯对电场有猝灭作用。同时，氮化硼纳米片还可以作为间隔材料用于金属增强荧光基底。

文章链接

Boron nitride nanosheets for surface-enhanced Raman spectroscopy

Qiran Cai, Srikanth Mateti, Hongbo Jiang, Lu Hua Li, Shaoming Huang, Ying Chen

Materials Today Physics, 22 (2022) 100575.