江蘇大學ACS Applied Nano Materials:基于電化學陽極氧化法，首次實現高SERS效應的多孔硅-銀納米枝晶復合結構單步快速制備

【引言】

多孔硅是一種具有納米多孔結構的材料，是硅的電化學反應極為重要的產物之一，它的許多優良特性在諸多領域都有廣泛的應用前景。近年來，多孔硅在生物傳感方面的應用研究隨著其加工工藝的進步迅速興起，人們廣泛探索和研究了基于各種傳感原理的多孔硅生物傳感器。其中，基于表面增強拉曼散射（SERS）的多孔硅-貴金屬納米顆粒復合結構，在光生物傳感領域展現出了巨大潛力。通過將金、銀等具有明顯等離激元效應的貴金屬納米顆粒摻入多孔硅結構中，可以顯著增強拉曼散射，提高生物檢測靈敏度，實現特定目標生物分子的快速檢測。

傳統的多孔硅-銀納米枝晶SERS活性基底制備通常需要首先分別制備多孔硅襯底及銀納米枝晶，然后通過浸鍍等方法合成復合基底。整個制備過程耗時冗長、步驟繁瑣。

【成果簡介】

近日，江蘇大學葛道晗副教授及其團隊提出了一種基于電化學陽極腐蝕的單步快速合成新方法，通過使用含硝酸銀和二甲基甲酰胺的氫氟酸電解液，設計并成功快速制備出具有高SERS性能的多孔硅-銀納米枝晶復合結構，整個過程僅耗時5分鐘，無需任何后處理或復雜加工設備，大幅度精簡了制備過程，提高了制備效率，并精確設計調控結構參數，最終實現了具有高SERS性能及優異穩定性的多孔硅-銀納米枝晶復合結構。相關成果以“Silver nano-dendrite-plated porous silicon substrates formed by single-step electrochemical synthesis for surface-enhanced raman scattering”為題發表在ACS Applied Nano Materials期刊上。提出使用單步制備法實現多孔硅-金屬納米枝晶復合結構。

【圖文導讀】

圖1. 多孔硅-銀納米枝晶復合結構單步電化學合成示意圖

圖2. 多孔硅-銀納米枝晶復合結構掃描電鏡圖

采用不同濃度的硝酸銀溶液（（a, b） 0.02g，（c, d）0.03g, (e, f) 0.04g, (g, h)0.05g 硝酸銀晶體溶于8 ml水）獲得的復合結構，其中電解液配比（HF: DMF: AgNO₃= 16:9:8），腐蝕時間5分鐘，電流密度 40 mA cm^?2。

圖3. 復合結構的拉曼性能測試

（a）拉曼光譜，使用R6G（10^-6 M）作為探針。

（b）不同樣品的拉曼掃描圖。

?圖4. 檢測不同濃度R6G的拉曼光譜

（a）10^-7 M,（b）10^-8 M,（c）10^-9 M,（d）10^-10 M,（e）10^-11 M,（f）10^-12 M。

圖5. 復合結構SERS性能的重復性和穩定性測試

（a）三組樣品SERS性能重復性測試（10^-6 M R6G）。

（b）樣品存放6個月后的SERS性能穩定性測試。

【小結】

該研究提出了一種單步快速合成多孔硅-銀納米枝晶的復合結構的新方法，所制備的多孔硅復合結構具有顯著SERS響應，優良的重復性和長期穩定性。這項研究工作是使用單步合成法實現多孔硅-金屬納米枝晶復合結構的快速制備，為多孔硅復合材料向生物傳感方面的實用化推進提供了新的突破可能。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c00296?fig=fig2&ref=pdf