撰文：金靜

碳點(CDs)作為小的碳材料之一,自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，已逐漸發(fā)展成為一種明星材料。作為一種新型的量子點，CDs具有可實用的光電轉(zhuǎn)化能力，良好的生物相容性和低毒性，雙光子吸收和上轉(zhuǎn)換熒光能力，以及易于化學(xué)修飾和功能集成性等優(yōu)點，在光催化，光電器件，環(huán)境檢測和生物成像領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

將CDs與金屬復(fù)合，以表面增強拉曼光譜（SERS）技術(shù)來研究復(fù)合基底界面與分子的化學(xué)相互作用和化學(xué)反應(yīng)以及催化反應(yīng)的機理，將為SERS技術(shù)的發(fā)展帶來新的契機。

基于以上背景，吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點實驗室的趙冰教授和宋薇副教授等人在這方面做了新的研究，有了新的發(fā)現(xiàn)。

該研究利用碳點的還原性制備出了濃度和尺寸都可調(diào)控的核殼結(jié)構(gòu)銀@碳點核殼納米粒子(Ag@CDs NPs)，作為SERS基底，檢測到PATP探針分子低濃度為10-9?M，增強因子達(dá)6.7*10-5M，獲得了佳的SERS信號。

接著，與相同濃度的銀納米粒子(Ag NPs)進(jìn)行SERS對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ag@CDs NPs具有更好的SERS性能。同時CDs熒光被猝滅后得到了其本身碳材料固有的D帶和G帶。

之后，研究人員以Ag@CDs NPs同時作為SERS基底和催化劑，成功監(jiān)測了Ag@CDs NPs催化氧化TMB，催化還原PNTP-DMAB以及PNTP-PATP的過程。他們欣喜地發(fā)現(xiàn)：由于CDs和Ag NPs的協(xié)同作用和電荷轉(zhuǎn)移作用，Ag@CDsNPs的催化效率比相同濃度的單獨的Ag NPs和CDs要高很多，并且檢測到非常具有意義的H2O2的低濃度為1.6*10-8?M。由此得出Ag@CDs NPs具有更優(yōu)良的SERS和催化性能的結(jié)論。

圖2.(a)SERS監(jiān)控Ag@CDs NPs催化氧化TMB，(b) 不同濃度的H2O2催化氧化TMB的SERS，(c)Ag@CDs NPs 等離子體催化耦合PNTP-DMAB，(d) 以NaBH4為還原劑，Ag@CDS NPs 催化還原PNTP-PATP。

本研究利用拉曼光譜不僅得到了被催化分子的變化信息，對分子的定性和定量具有重要意義，而且促進(jìn)了核殼結(jié)構(gòu)SERS基底的發(fā)展，擴展了CDs在SERS和催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

值得一提的是，本研究中，SERS光譜的采集使用了HORIBA激光共聚焦拉曼光譜儀，所有的拉曼數(shù)據(jù)通過LabSpec軟件進(jìn)行分析。

此項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目的資金支持。

相關(guān)成果近期發(fā)表在雜志《ACS Applied Materials & Interfaces》上，受到了業(yè)界同行的廣泛關(guān)注，同時受邀報道在HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部上。

Jing Jin，Shoujun Zhu, Yubin Song, Hongyue Zhao, Zhen Zhang, YueGuo, Junbo Li, Wei Song，Bai Yang, and Bing Zhao，“Precisely Controllable Core?Shell Ag@Carbon Dots Nanoparticles: Application to in Situ Super-Sensitive Monitoring of Catalytic Reactions”.ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 27956?27965.

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HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部

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