黄又举教授团队在Advanced Science上发表“用于有效激活分析物的等离子体多层内置热点纳米间隙”的研究成果

近日，我院黄又举教授团队在纳米材料内置间隙热点调控及超灵敏SERS检测方面取得进展。相关研究成果以《Plasmonic Multi-Layered Built-in Hotspots Nanogaps for Effectively Activating Analytes》为题发表在Advanced Science (Q1, IF=15.1)上，DOI:10.1002/advs.202306125.

贵金属纳米粒子由于独特的光学等离子热点耦合特性，近年来已成为光学检测，尤其是表面增强拉曼(SERS)检测的首选明星材料。SERS检测技术强烈依赖于等离子体场强，而等离子场强与纳米材料形貌紧密关联。前期，研究者们发现具有内置间隙的等离子纳米结构，其热点局域限制效应和在单粒子水平上设计独特的框架结构可以控制热点的位置和强度，即近场热点聚焦能力。然而，仍有两个核心问题尚未解决：1. SERS检测的信号放大需要激光波长、纳米结构吸收波长及分子激发波长的联动匹配。那么，从纳米材料设计角度，能否设计具有光谱自适应机制的内置间隙纳米结构，以匹配不同的分子及激光波长？2. 框架等离子纳米结构虽能大幅增强粒子内热点耦合，但由于本身结构特殊性，在检测中如同“竹篮打水”，往往无法高效滞留待测物于热点核心，从而使巨大多数热点“失效”。如何实现待测物的高效滞留，“激活”等离子热点并提高检测效率？

鉴于上述挑战，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授团队设计了一种半开放的内置间隙等离子纳米结构，巧妙解决了上述问题。纳米结构的低对称性在很大程度上可调整它们的光学性质，具有一定开放性的内部结构允许与分析物和光有效相互作用。那么，怎么设计出具有低对称性的半开放结构呢？研究人员利用纳米金-银在不同晶面沉积过程中电置换反应速率的差异，调控不同晶面的各向异性金-银共沉积，并通过多次循环电置换反应的进行，构建了具有半开放结构、多层内置间隙的超结构金-银合金纳米粒子(penta-Au@Ag-Au NPs)。结果显示，超结构纳米粒子结构不对称性，在单个纳米结构单元中实现多模式热点耦合的集成。并且，结构不对称性可诱导其光学性质的差异，可匹配不同拉曼激光光源(532, 633, 785 nm)。相对于传统的实心及开放结构，本研究中的半开放纳米结构可有效捕获待测物至热点中心，并实现待测物的高效滞留。利用上述策略构建的半开放结构作为SERS基底，可实现多种不同类型分子的高灵敏检测，包括有机污染物、农药残留、染料等。该方法实现了兼备低对称性和丰富的空间限制的高局域高效热点，并且，这种广泛光谱普适的设计为实现超灵敏检测研究提供了平台和策略。

杭州师范大学材料与化学化工学院博士后江蕾、2023级硕士毕业生王筱媛为论文的共同第一作者，杭州师范大学材料与化学化工学院青年教师宋丽平和黄又举教授为该论文的共同通讯作者。杭州师范大学为第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、杭州师范大学启动基金等项目的资助。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202306125