江苏大学ACS Applied Nano Materials:基于电化学阳极氧化法，首次实现高SERS效应的多孔硅-银纳米枝晶复合结构单步快速制备

【引言】

多孔硅是一种具有纳米多孔结构的材料，是硅的电化学反应极为重要的产物之一，它的许多优良特性在诸多领域都有广泛的应用前景。近年来，多孔硅在生物传感方面的应用研究随着其加工工艺的进步迅速兴起，人们广泛探索和研究了基于各种传感原理的多孔硅生物传感器。其中，基于表面增强拉曼散射（SERS）的多孔硅-贵金属纳米颗粒复合结构，在光生物传感领域展现出了巨大潜力。通过将金、银等具有明显等离激元效应的贵金属纳米颗粒掺入多孔硅结构中，可以显著增强拉曼散射，提高生物检测灵敏度，实现特定目标生物分子的快速检测。

传统的多孔硅-银纳米枝晶SERS活性基底制备通常需要首先分别制备多孔硅衬底及银纳米枝晶，然后通过浸镀等方法合成复合基底。整个制备过程耗时冗长、步骤繁琐。

【成果简介】

近日，江苏大学葛道晗副教授及其团队提出了一种基于电化学阳极腐蚀的单步快速合成新方法，通过使用含硝酸银和二甲基甲酰胺的氢氟酸电解液，设计并成功快速制备出具有高SERS性能的多孔硅-银纳米枝晶复合结构，整个过程仅耗时5分钟，无需任何后处理或复杂加工设备，大幅度精简了制备过程，提高了制备效率，并精确设计调控结构参数，最终实现了具有高SERS性能及优异稳定性的多孔硅-银纳米枝晶复合结构。相关成果以“Silver nano-dendrite-plated porous silicon substrates formed by single-step electrochemical synthesis for surface-enhanced raman scattering”为题发表在ACS Applied Nano Materials期刊上。提出使用单步制备法实现多孔硅-金属纳米枝晶复合结构。

【图文导读】

图1. 多孔硅-银纳米枝晶复合结构单步电化学合成示意图

图2. 多孔硅-银纳米枝晶复合结构扫描电镜图

采用不同浓度的硝酸银溶液（（a, b） 0.02g，（c, d）0.03g, (e, f) 0.04g, (g, h)0.05g 硝酸银晶体溶于8 ml水）获得的复合结构，其中电解液配比（HF: DMF: AgNO₃= 16:9:8），腐蚀时间5分钟，电流密度 40 mA cm⁻²。

图3. 复合结构的拉曼性能测试

（a）拉曼光谱，使用R6G（10^-6 M）作为探针。

（b）不同样品的拉曼扫描图。

 图4. 检测不同浓度R6G的拉曼光谱

（a）10^-7 M,（b）10^-8 M,（c）10^-9 M,（d）10^-10 M,（e）10^-11 M,（f）10^-12 M。

图5. 复合结构SERS性能的重复性和稳定性测试

（a）三组样品SERS性能重复性测试（10^-6 M R6G）。

（b）样品存放6个月后的SERS性能稳定性测试。

【小结】

该研究提出了一种单步快速合成多孔硅-银纳米枝晶的复合结构的新方法，所制备的多孔硅复合结构具有显著SERS响应，优良的重复性和长期稳定性。这项研究工作是使用单步合成法实现多孔硅-金属纳米枝晶复合结构的快速制备，为多孔硅复合材料向生物传感方面的实用化推进提供了新的突破可能。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c00296?fig=fig2&ref=pdf