高靈敏度、良好的信號重復性以及易于制備的柔性表面增強拉曼散射(SERS)襯底是研究人員在復雜環(huán)境中對探針分子檢測的共同追求。然而，貴金屬納米粒子與基體材料之間的黏附性脆弱、選擇性低以及大規(guī)模制備工藝復雜等限制了SERS技術的廣泛應用。在本文中，我們提出了一種可擴展且成本低的策略，以通過濕法紡絲和隨后的原位還原工藝制備敏感且機械穩(wěn)定的柔性Ti
3C
2T
x MXene@graphene氧化物/Au納米簇(MG/AuNCs)纖維SERS襯底。MG纖維的使用為SERS傳感器提供了良好的靈活性(114 MPa)和電荷轉移增強(化學機制，CM)，并允許在其表面進一步原位生長AuNCs來構建高靈敏度熱點(電磁機制，EM)，促進了基底在復雜環(huán)境中的耐久性和SERS性能。因此，形成的柔性MG/AuNCs
-1纖維對R6G分子的檢測下限為1 × 10−11 M，增強因子(EFexp)為2.01 × 109，信號可重復性(RSD = 9.80%)，時間保留(在儲存90天后仍保持75%)。此外，l -半胱氨酸修飾的MG/AuNCs
-1纖維通過形成Meisenheime復合體實現了對三硝基甲苯(TNT)分子(0.1 μM)的微量和選擇性檢測，甚至可以通過在指紋或樣品袋中采樣TNT分子。這些發(fā)現填補了大規(guī)模制備高性能二維材料/貴金屬粒子復合SERS基板的空白，有望推動柔性SERS傳感器向更廣泛的應用方向發(fā)展。
圖1. (a)柔性MG/AuNCs纖維襯底大規(guī)模制備工藝及目標分子SERS檢測示意圖。(b)米級生產的MG/AuNCs-1纖維的數字圖像。(b):收集在線軸上的MG/AuNCs-1纖維。(c) MG和(d) MG/AuNCs-1纖維的SEM圖像以及相應的c、Ti和Au的EDS圖。(e) MG和MG/ AuNCs-1纖維的數碼照片。
圖2 MG和MG/AuNCs
-1纖維的XPS光譜比較:(a)寬調查光譜;(b) Ti 2p，(c) O 1s和(d) Au 4f區(qū)域的核心能級光譜。(e) MG和MG/AuNCs
-1纖維的XRD光譜。
圖3. (a) GO介導的AuNCs在MG纖維上生長的示意圖。(b−g)在(b) 50 wt %、(d) 20 wt %和(f) 5 wt %范圍內合成的MG/ AuNCs纖維的代表性SEM圖像，以及相應的放大區(qū)域(c、e和g)，由(b、e和d)中的紅色矩形所勾勒。
圖4 (a) R6G分子在MG/AuNCs
-1纖維襯底上1 × 10−4~ 1 × 10−11 M的SERS強度。(b)不同濃度下612 cm
−1處R6G分子的對應拉曼強度。(c)從MG/AuNCs
-1纖維襯底的20個隨機選擇位置記錄的10−4 M R6G的SERS強度和(d) 612 cm
−1波段的相應強度 (e) MG/AuNCs-1纖維襯底在環(huán)境中儲存0-90天不同時間時，表面612 cm
−1處R6G的SERS光譜的衰減和(f) 612 cm−1處對應的拉曼強度隨時間的變化。
圖5 MG/AuNCs-1纖維襯底在不同機械刺激下SERS強度的變化。
圖6 提出了MG/AuNCs-1纖維底物的雙增強機制。
圖7 (a) l -半胱氨酸修飾MG/AuNCs-1纖維底物的示意圖以及相應的TNT選擇性檢測。(b)不同濃度TNT在MG/AuNCs-1-C纖維基體上的SERS光譜。(c)從MG/AuNCs-1-C纖維底物收集的TNT、Tetryl、2,4-二硝基甲苯(DNT)、硝基苯(NB)和4-硝基苯酚(4-NTP)等不同靶分子的SERS光譜和(d)在2917 cm
−1特征峰對應的SERS強度比較。從指紋和樣品袋采集MG/AuNCs-1-C纖維基底上不同濃度(1、5、10、50、100 μM) TNT (e)和Tetryl (f)的SERS光譜。附頁(e)及(f):指紋袋及樣本袋的照片。
相關科研成果由西北工業(yè)大學材料科學與工程學院Alei Dang等人2023年發(fā)表在ACS Sensors (https://doi.org/10.1021/acssensors.2c02808)上。原文：Plasmonic Coupling of Au Nanoclusters on a Flexible MXene/Graphene Oxide Fiber for Ultrasensitive SERS Sensing。
轉自《石墨烯研究》公眾號
