Kürzlich schlug ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Yang Liangbao vom Institut für Gesundheit und Medizintechnik der Hefei-Institute für Physikalische Wissenschaften (HFIPS) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) einen Mechanismus zur Verstärkung elektromagnetischer Felder vor, der auf dem Kopplungseffekt der nahen Nachbarelektronenbahn basiert. Erläuterung des Mechanismus des zweidimensionalen (2D) Schichtmaterials Au-2H-TaS2, das zur Verstärkung der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) verwendet wird.
Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Journal of Physical Chemistry Letters.
2D-Materialien sind aufgrund ihres Potenzials als ideale metallfreie oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie-Substrate (SERS) ein heißes Thema im Bereich der analytischen Chemie. Allerdings haben 2D-Materialien im Vergleich zu Edelmetallen aufgrund ihres hauptsächlich chemischen Verstärkungsmechanismus einen relativ niedrigen Verstärkungsfaktor (normalerweise unter 103).
Daher ist weitere Forschung zum 2D-Material aus gemischten Metallnanopartikeln oder zum chemisch dotierten 2D-Materialsystem und seinem SERS-Verstärkungsmechanismus erforderlich, um eine hohe SERS-Leistung zu erreichen.
In dieser Studie nutzte das Team Einzelatom-Au-Cluster zur Interkalation von 2H-TaS2 und erzielte so einen SERS-Verstärkungseffekt von zwei Größenordnungen im Vergleich zum Ausgangsmolekül 2H-TaS2.
Um den SERS-Verstärkungsmechanismus von Au-2H-TaS2 genau aufzuklären, wurde ein Einzelatomschicht-Au-Cluster-Interkalationsdoppelschicht-2H-TaS2-Modell erstellt und ein innovativer elektromagnetischer Feldverstärkungsmechanismus basierend auf dem Kopplungseffekt benachbarter Elektronenorbitale vorgeschlagen.
Durch experimentelle Analysen und theoretische Berechnungen wurde gezeigt, dass die d-Orbitalelektronen auf der Au-Oberfläche mit benachbartem 2H-TaS2 gekoppelt sind, wodurch die lokale Elektronendichte erhöht wird, was zu einem starken lokalen elektromagnetischen Feld führt.
Diese Arbeit liefert neue Erkenntnisse für die SERS-Verstärkung von Nichtedelmetallverbindungen und leitet die Entwicklung neuer SERS-Substrate, so das Team.
Mehr Informationen:
Shirui Weng et al., Near-Neighbor Electron Orbital Coupling Effect of Single-Atomic-Layer Au Cluster Intercalated Bilayer 2H-TaS2 for Surface Enhanced Raman Scattering Sensing, Das Journal of Physical Chemistry Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c02225