合肥研究院利用表面增強拉曼散射技術監測化學反應

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院合肥智能機械研究所劉錦淮研究員課題組楊良保研究員等人在利用表面增強拉曼散射技術（SERS）監測化學反應的研究上取得系列進展。

　　利用具有較高時空解析度的表面增強拉曼散射技術去探索原位催化反應動力學是SERS拓展應用領域的一個重要發展方向。其中，用單顆粒表面增強拉曼散射來研究表面催化反應動力學仍是一項具有挑戰性的難題。

　　科研人員唐祥虎博士等人設計了一種簡單的濕化學方法來合成具有微納分級結構的單分散銀顆粒，通過對相關實驗條件的控制，調控顆粒的尺寸大小和表面形貌，并詳細研究了微納銀單顆粒的SERS增強效應及其用于原位監測4-硝基苯硫酚（4-nitrothiophenol，4-NTP）在表面等離子體光催化條件下二聚為偶氮衍生物（4, 4'-dimercaptoazobenzene，DMAB）的相關性能，同時探討了反應的動力學過程；另外，對不同反應條件下得到的單顆粒用于催化反應的表觀反應速率常數（k）也進行了比較研究。研究結果表明，納米結構發育完全的牡丹花狀微納銀（hierarchical peony-like silver microflowers）單顆粒具有最強的SERS效應和最大的表觀反應速率常數。評審人認為該工作“得到了一種新穎的牡丹花狀微納分級結構銀顆粒并將其用于監測化學反應是非常有趣的且有著重要研究意義的”，且“可以滿足來自拉曼光譜、等離子體及光催化等研究領域讀者的興趣”。相關研究成果發表在英國皇家化學會出版期刊Nanoscale 上。

　　科研人員在前期工作基礎上，制備出Fe3O4/C/Au核殼磁性功能復合材料，并將其用于原位監測催化還原反應。由于復合材料表面Au顆粒大小不均一，大顆粒的Au具有SERS活性的同時小顆粒具有催化活性，使得Fe3O4/C/Au可以在外磁場的存在下同時作為SERS基底和催化劑原位跟蹤催化還原反應4-NTP到 4-巰基苯胺（4-aminothiophenol，4-ATP)的反應過程。外磁場的存在能夠使熱點更為密集和穩固，從而使催化反應能夠更為平穩地進行并且具有更好的SERS增強效應。該研究成果也以全文發表在英國皇家化學會出版期刊Nanoscale 上（Nanoscale, 2014, 6, 7954-7958）。

　　以上研究工作得到了科技部重大科學研究計劃納米專項項目“應用納米技術去除飲用水中微污染物的基礎研究(2011CB933700)”和國家重大科學儀器設備開發專項子任務“動態表面增強拉曼光譜技術用于農藥殘留檢測”和“PERS儀器在環境污染物檢測領域中的應用”(2011YQ0301241001 & 2011YQ0301241101)等項目的支持。