拉曼散射譜是一種具有高能量分辨率的指紋譜，特別是引入具有表面等離子體共振(SPR)特性的貴金屬納米結構形成表面增強拉曼散射(SERS)體系后，其靈敏度可提高到準單分子水平，在界面行為和過程研究方面大有可為。中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室劉景富研究組利用納米銀的SERS活性，原位研究了影響納米材料界面效應和環(huán)境行為的若干關鍵過程，并取得新進展。

　　研究組劉睿等利用SERS的高能量分辨率，結合X射線吸收譜，提出并實現(xiàn)了通過Ag單原子層精細調控殼層金屬原子與基底金屬間的結合強度，從而在單原子層尺度調控殼層原子構象的新思路。他們在超細Au納米線表面可控地構筑了高分散Pd原子和Pd團簇，并借助拉曼探針分子2,6-二甲基苯異腈分子對結合金屬原子的指認和定量統(tǒng)計能力，發(fā)展了原位定性表征和定量測定不同構象Pd原子的新方法。利用該方法，揭示了催化硝基酚反應活性與單分散Pd原子以及電催化氧化乙醇反應活性與團簇態(tài)Pd的直接關系，從實驗上明確了這兩類反應的活性中心。該研究不但提供了一類可用于探測特定催化反應活性中心的模型催化劑，更重要的是揭示了精細界面調控在催化劑設計中的重要地位，以及SERS在此類研究中的獨特作用。該研究受到審稿人的高度評價，認為其解決了非常重要且技術上非常具有挑戰(zhàn)性的難題，論文發(fā)表在材料科學期刊《先進材料》(Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.201604571)上。

　　研究組也借助SERS指紋譜對反應過程中多中間體的同時識別能力，建立了利用SERS原位追蹤SPR生成熱電子歸趨的新方法。利用該方法，研究了光照下Ag基共振催化劑生成的熱電子的分配-歸趨行為，發(fā)現(xiàn)Ag針孔是決定熱電子是否能有效傳遞給活性中心(例如Pd原子)用于催化反應的關鍵。此項研究為共振催化劑的設計提供了新的視角，并對Ag-Ag基半導體共振光催化劑的穩(wěn)定性給出了新的解釋，同時對闡明納米銀的環(huán)境穩(wěn)定性也具有一定的意義。相關論文發(fā)表在Small, 2016, 12, 6378–6387。Wiley旗下“Materials views中國”以《雁過留影——基于SERS原位監(jiān)控催化反應的熱電子歸趨追蹤方法》為題詳細介紹了該工作。

　　研究組還利用SERS技術，高靈敏、原位追蹤了痕量納米銀在水?氣界面的遷移過程，揭示了納米材料的水界面微層富集現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)納米銀進入環(huán)境水體后迅速向水?氣界面遷移，形成厚度數(shù)十微米、納米銀含量高于下層水體15-30倍的富納米銀表面微層。研究結果以封面文章發(fā)表于ACS旗下環(huán)境科學期刊《環(huán)境科學與技術快報》(Environmental Science & Technology Letters，2016, 3, 381–385)。

　　研究得到國家重大研發(fā)計劃、國家自然科學基金委和中科院先導專項的資助。

　　SERS技術揭示了Ag單原子層對殼層金屬與基底金屬原子間界面作用的調控