Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khuếch Đại Tán Xạ Raman Bề Mặt từ Nanotube Carbon Đơn Thành Phần Trang Trí trên Nan dây Ag
Tóm tắt
Phương pháp quang phổ Raman khuếch đại bề mặt (SERS) là một kỹ thuật nhạy cảm với bề mặt, mang lại cường độ tín hiệu Raman được khuếch đại của các phân tử bằng cách làm nhám bề mặt kim loại. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để phát hiện lượng vết của các chất phân tích, bao gồm kim loại nặng, thuốc trừ sâu, chất nổ, protein, và các chất ô nhiễm sinh học cũng như hóa học khác nhau. Trong bài báo này, chúng tôi báo cáo một phương pháp đơn giản để tổng hợp các waveguide plasmonic nano-khối đồng nhất của nan dây bạc (Ag-NWs) bằng phương pháp polyol. Hình thái của Ag-NWs được tổng hợp đã được đặc trưng sử dụng các kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), cho thấy sự hình thành đồng nhất của các nan dây có đường kính trung bình từ 400 đến 450 nm và độ dài từ 15 đến 25 µm. Khuếch đại tán xạ Raman bề mặt (SERS) của nanotube carbon đơn thành phần (SWNT) khi được kết hợp với Ag-NW cho thấy rằng yếu tố khuếch đại có thể cao tới ~ 10^3 và ~ 10^2 đối với các tín hiệu Raman đặc trưng (đỉnh G và các chế độ rung rađa, tương ứng). Sử dụng phương pháp số học của miền thời gian sai phân hữu hạn (FDTD), cho thấy rằng sự khuếch đại phụ thuộc vào phương hướng của các SWNT đối với Ag-NWs và đạt cực đại (~ 10^7) khi chúng ở góc 45° với nhau. Phương pháp đề xuất cung cấp một phương pháp hiệu quả, có khả năng lặp lại và dễ dàng để chuẩn bị các nền SERS chất lượng cao cho kích thích quang từ xa trong các thiết bị plasmonic.
Từ khóa
#khuếch đại tán xạ Raman bề mặt #nanotube carbon #nan dây bạc #plasmonic #phương pháp polyolTài liệu tham khảo
Novotny L, Hecht B (2012) Principles of Nano-Optics. Cambridge
Sharma B, Frontiera RR, Henry AI, Ringe E, Van Duyne RP (2012) SERS: materials, applications, and the future. Mater Today 15:16–25
Murray A, Barnes WL (2007) Plasmonic materials. Adv Mater 19:3771–3782
Le Re E, Etchegoin P (2008) Principles of surface-enhanced Raman spectroscopy and related plasmonic effects. Elsevier, New York
Moskovits M (2013) Persistent misconceptions regarding SERS. Phys Chem Chem Phys 15:5301–5311
Jensen L, Aikens CM, Schatz GC (2008) Electronic structure methods for studying surface-enhanced Raman scattering. Chem Soc Rev 37:1061–1073
Prodan E, Radloff C, Halas NJ, Nordlander P (2003) A hybridization model for the plasmon response of complex nanostructures. Science 302(5644):419–422
Darby BL, Auguie B, Meyer M, Pantoja AE, Le Ru EC (2016) Modified optical absorption of molecules on metallic nanoparticles at sub-monolayer coverage. Nat Photonics 10:40–45
Osawa M, Matsuda N, Yoshii K, Uchida I (1994) Charge transfer resonance Raman process in surface-enhanced Raman scattering from p-aminothiophenol adsorbed on silver: Herzberg-Teller contribution. J Phys Chem 98(48):12702–12707
Huang S, Ling X, Liang L, Song Y, Fang W, Zhang J, Kong J, Meunier V, Dresselhaus MS (2015) Molecular selectivity of graphene-enhanced raman scattering. Nano Lett 15:2892
Chikkaraddy R, de Nijs B, Benz F, Barrow SJ, Scherman OA, Rosta E, Demetriadou A, Fox P, Hess O, Baumberg JJ (2016) Single-molecule strong coupling at room temperature in plasmonic nanocavities. Nature 535:127–130
Fofang NT, Park T-H, Neumann O, Mirin NI, Nordlander P, Halas NJ (2008) Plexcitonic nanoparticles: plasmon-exciton coupling in nanoshell-J-aggregate complexes. Nano Lett 8:3481–3487
Banholzer MJ, Millstone JE, Qin L, Mirkin CA (2008) Rationally designed nanostructures for surface-enhanced Raman spectroscopy. Chem Soc Rev 37:885–897
Ou Y, Wang LY, Zhu LW, Wan LS, Xu ZK (2014) In-situ immobilization of silver nanoparticles on self-assembled honeycomb-patterned films enables surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates. J Phys Chem C 118:11478–11484
Han XX, Chen L, Kuhlmann U, Schulz C, Weidinger IM, Hildebrandt P (2014) Magnetic titanium dioxide nanocomposites for surface-enhanced resonance Raman spectroscopic determination and degradation of toxic anilines and phenols. Angew Chem Int Ed 53:2481–2484
Zhao Y, Sun L, Xi M, Feng Q, Jiang C, Fong H (2014) Electrospun TiO2 nano felt surface-decorated with Ag nanoparticles as sensitive and UV-cleanable substrate for surface enhanced Raman scattering. ACS Appl Mater Interfaces 6:5759–5767
Kearns H, Goodacre R, Jamieson LE, Graham D, Faulds K (2017) SERS detection of multiple antimicrobial-resistant pathogens using nanosensors. Anal Chem 89:12666–12673
Cowche DR, Xu Y, Goodacre R (2013) Portable, quantitative detection of Bacillus bacterial spores using surface-enhanced Raman scattering. Anal Chem 85:3297–3302
Qian X, Peng X-H, Ansari DO, Yin-Goen Q, Chen GZ, Shin DM, Yang L, Young AN, Wang MD, Nie S (2008) In vivo tumour targeting and spectroscopic detection with surface-enhanced Raman nanoparticle tags. Nat Biotechnol 26:83–90
Demeritte T, Kanchanapally R, Fan Z, Singh AK, Senapati D, Dubey M, Zakar E, Ray PC (2012) Highly efficient SERS substrate for direct detection of explosive TNT using popcorn-shaped gold nanoparticle-functionalized SWCNT hybrid. Analyst 137:5041–5045
Sylvia JM, Janni JA, Klein JD, Spencer KM (2000) Surface-enhanced Raman detection of 2, 4-dinitrotoluene impurity vapor as a marker to locate landmines. Anal Chem 72:5834–5840
Ellis DL, Muhamadali H, Haughey S, Elliot AC, Goodacre R (2015) Point-and-shoot: rapid quantitative detection methods for on-site food fraud analysis-moving out of the laboratory and into the food supply chain. Anal Methods 7:9401–9414
Oseledchyk A, Andreou C, Wall MA, Kircher MF (2017) Folate targeted surface enhanced resonance Raman scattering nanoprobe ratiometry for detection of microscopic ovarian cancer. ACS Nano 11:1488–1497
Decristoforo C, Faintuch-Linkowski B, Rey A, von Guggenberg E, Rupprich M, Hernandez-Gonzales I, Rodrigo T, Haubner R (2006) [99mTc]HYNIC-RGD for imaging integrin alphavbeta3 expression. Nucl Med Biol 33:945–952
Zhang J, Fan T, Zhang XL, Lai CH, Zhu Y (2014) Three-dimensional multi-walled carbon nanotube arrays coated by gold-sol as a surface-enhanced Raman scattering substrate. Appl Opt 53:1159–1165
Sun YH, Liu K, Miao J, Wang ZY, Tian BZ, Zhang LN, Li QQ, Fan SS, Jiang KL (2010) Highly sensitive surface-enhanced Raman scattering substrate made from superaligned carbon nanotubes. Nano Lett 10:1747–1753
Dawson P, Duenas JA, Boyle MG, Doherty MD, Bell SEJ, Kern AM, Martin OJF, Teh A-S, Teo KBK, Milne WI (2011) Combined antenna and localized plasmon resonance in Raman scattering from random arrays of silver-coated, vertically aligned multiwalled carbon nanotubes. Nano Lett 11(2):365–371
Kakenov N, Balci O, Balci S, Kocabas C (2012) Probing molecular interactions on carbon nanotube surfaces using surface plasmon resonance sensors. Appl Phys Lett 101:223114–223118
Zhang J, Zhang XL, Lai CH, Zhou HJ, Zhu Y (2014) Silver-decorated aligned CNT arrays as SERS substrates by high temperature annealing. Opt Express 22:21157–22116
Corio P, Brown SDM, Marucci A, Pimenta MA, Kneipp KG, Dresselhaus MS (2000) Surface-enhanced resonant Raman spectroscopy of single-wall carbon nanotubes adsorbed on silver and gold surfaces. Phys Rev B: Condens Matter 61:13202–13211
Zhang K, Ji J, Fang XN, Yan L, Liu BH (2015) Carbon nanotube/gold nanoparticle composite-coated membrane as a facile plasmon-enhanced interface for sensitive SERS sensing. Analyst 140:134–139
Ding GH, Xie S, Liu Y, Wang L, Xu FG (2015) Graphene oxide-silver nanocomposite as SERS substrate for dye detection: effects of silver loading amount and composite dosage. Appl Surf Sci 345:310–318
Huang Y, Fang Y, Zhang Z, Ling Z, Mengtao S (2014) Nanowire-supported plasmonic waveguide for remote excitation of surface-enhanced Raman scattering. Light Sci Appl 3:199
Nicolás C-L, Nicolai FH, Tobia M, Jürgen K, Sebastian G, Alberto C, Achim H (2018) Remote excitation and detection of surface-enhanced Raman scattering from grapheme. Nanoscale 10:10498–10504
Lei B, Wang J, Du Y, Zhang K (2017) Controlling the size of silver nanowires through one-pot polyol method with trace halide and its effect on kinetic process. Mater Res Express 4:075052
Nanophotonic FDTD Simulation Software - Lumerical FDTD. https://www.lumerical.com/tcadproducts/fdtd
Yang H, Chen T, Wang H, Bai S, Guo X (2018) One-pot rapid synthesis of high aspect ratio silver nanowires for transparent conductive electrodes. Mater Res Bull 102:79–85
Zhang X, Zhang J, Quan J, Wang N, Zhu Y (2016) Surface-enhanced Raman scattering activities of carbon nanotubes decorated with silver nanoparticles. Analyst 141:5527–5534
Yee KS (1966) Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media. IEEE Trans Antennas Propag 14:302–307
Johnson PB, Christy RW (1972) Optical constants of the noble metals. Phys Rev B 6(12):4370–4379
Palik ED (1998) Handbook of optical constants of solids. Academic Press
https://refractiveindex.info/?shelf=main&book=C&page=Phillip
http://www.jcrystal.com/products/wincnt/
Taflove A (2020) Computation Electrodynamics-The Finite-Difference Time-Domain Method, 1995. Accessed: Sep. 28
Homola J, Sebastian Schlücker (2011) (Ed.): Surface enhanced Raman spectroscopy: analytical, biophysical and life science applications. Anal Bioanal Chem 401(8):2329–2330