撰文：金靜

碳點(diǎn)(CDs)作為小的碳材料之一,自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已逐漸發(fā)展成為一種明星材料。作為一種新型的量子點(diǎn)，CDs具有可實(shí)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(diǎn)，在光催化，光電器件，環(huán)境檢測(cè)和生物成像領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

將CDs與金屬?gòu)?fù)合，以表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)來(lái)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(jī)理，將為SERS技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。

基于以上背景，吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)核殼納米粒子(Ag@CDs NPs)，作為SERS基底，檢測(cè)到PATP探針?lè)肿拥蜐舛葹?0-9?M，增強(qiáng)因子達(dá)6.7*10-5M，獲得了佳的SERS信號(hào)。

接著，與相同濃度的銀納米粒子(Ag NPs)進(jìn)行SERS對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ag@CDs NPs具有更好的SERS性能。同時(shí)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(shí)作為SERS基底和催化劑，成功監(jiān)測(cè)了Ag@CDs NPs催化氧化TMB，催化還原PNTP-DMAB以及PNTP-PATP的過(guò)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(dú)的Ag NPs和CDs要高很多，并且檢測(cè)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(duì)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(kuò)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(guò)LabSpec軟件進(jìn)行分析。

此項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(shí)受邀報(bào)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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