石墨烯拉曼光譜測試詳解（四）表面增強拉曼效應

當一些分子吸附在特定的物質（如金和銀）的表面時，分子的拉曼光譜信號強度會出現明顯地增幅，我們把這種拉曼散射增強的現象稱為表面增強拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering，簡稱SERS）效應。SERS技術克服了傳統拉曼信號微弱的缺點，可以使拉曼強度增大幾個數量級。當然想要得到很強的增強信號首先需要得到很好的基底。石墨烯作為一種新型二維超薄碳材料，易于吸附分子，可以說是天然的襯底。當某些分子吸附在石墨烯表面時，分子的拉曼信號會得到明顯地增強。近年來，許多學者對此進行了研究^[6,7,8]，試驗結果顯示石墨烯不僅可以增強分子拉曼光譜信號，還可以有效地淬滅熒光分子的熒光背低，為分析檢測提供了一個良好的平臺。我們把這種拉曼增強效應稱為石墨烯增強拉曼散射效應（GERS）。研究發現，單層石墨烯增強因子最大，可達17倍，隨著層數的增多，增強因子逐漸降低。圖5^[9]揭示了單層石墨烯、金屬銀和羅丹明的協同增強SERS的穩定性。圖5d為單層石墨烯在Ag基底上經過連續激光輻照（每次間隔8min）后的拉曼光譜圖。

圖5單層石墨烯、金屬銀和羅丹明協同增強SERS的穩定性^[9]

此外，針尖增強拉曼散射（TERS）的發展把SERS和原子力顯微鏡（AFM）的分析結合了起來。目標是真正實現拉曼分析的納米尺寸空間分辨率。通過將AFM的針尖包覆活性金屬或金屬納米粒子使其具有SERS活性，SERS增強效應將可能只發生在針尖附近很小的范圍內，一般針尖都小于100nm，從而使其空間分辨率也小于100nm。目前TERS測量石墨烯已經獲得了成功 ^[10]，但是不是所有樣品都能得到很好的結果。這是由于TERS所取樣品的分子數目相應地減少了幾個數量級，雖然SERS的拉曼強度有所增強，但并不是所有樣品最終的TERS強度能超過常規的拉曼信號。