【摘 要】
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二维二碲化钼(MoTe2)表面增强拉曼散射(SERS)基底因具有表面均匀性、生物相容性、化学稳定性等优异特性,引起了研究者们的广泛关注。然而,二维MoTe2衬底的拉曼增强源于MoTe2与探针分子间的电荷转移,其较低的检测灵敏度以及弱增强效果,限制了它的实际应用。因此,如何提高二维MoTe2的SERS性能成为如今广泛研究的问题。目前,常用的调控SERS性能的方法有调控材料生长过程、电子束辐照和激光灼
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二维二碲化钼(MoTe2)表面增强拉曼散射(SERS)基底因具有表面均匀性、生物相容性、化学稳定性等优异特性,引起了研究者们的广泛关注。然而,二维MoTe2衬底的拉曼增强源于MoTe2与探针分子间的电荷转移,其较低的检测灵敏度以及弱增强效果,限制了它的实际应用。因此,如何提高二维MoTe2的SERS性能成为如今广泛研究的问题。目前,常用的调控SERS性能的方法有调控材料生长过程、电子束辐照和激光灼烧等,这些方法通过调节二维材料的带隙、化学计量比、晶体结构以及引入掺杂等实现SERS基底增强的效果。然而,这些方法都有一些不可避免的缺点,如激光灼烧加工面积小且处理后材料表面不均匀,电子束辐照虽然可以大面积处理样品但难以精确控制其掺杂程度。等离子体和紫外臭氧表面改性技术因具有灵活、温和可控、大面积处理的特点,逐渐引起了人们的关注。本文采用等离子体和紫外臭氧表面改性技术处理二维MoTe2表面,实现了SERS性能的精准调控和增强,具体研究内容如下:1、利用氢等离子体对MoTe2衬底表面改性处理实现了表面拉曼散射增强。研究结果表明,氢等离子处理后样品表面形貌无损伤,且引入了P型掺杂和晶格畸变。P型掺杂使得MoTe2费米能级下移,晶格畸变导致衬底表面对电子的束缚能力减弱,这两者共同促进了探针分子罗丹明6G(R6G)与MoTe2基底之间的电荷转移,最后使得MoTe2衬底SERS效果显著增强。氢等离子体处理后MoTe2衬底上R6G分子(10-7M)的最低检测可以达到10-13M,增强因子高达1.83×10~6,远远超过了其他二维材料及非金属氧化物衬底。此外,实验过程中还利用罗丹明B(Rh B)分子验证了等离子体处理后MoTe2/SERS衬底的普适性,研究结果表明,Rh B分子在氢等离子体处理后衬底上的最低检测极限可以达到10-11M。因此,等离子体是一个有效的SERS调控手段。2、利用紫外臭氧改性技术对MoTe2衬底厚度调控实现了对其SERS性能的精准调控和增强。研究发现,多层MoTe2样品在紫外臭氧处理下厚度逐渐降低,同时MoTe2衬底上探针分子R6G的拉曼信号也逐渐增强,并在样品减薄到单层时,其SERS性能增强达到最高值。这是由于样品减薄为单层后,间接带隙转变为直接带隙,促进了MoTe2衬底与R6G分子之间的电荷转移,从而实现了SERS性能增强。此外,紫外臭氧处理在MoTe2中引入了P型掺杂,这促进了R6G分子与MoTe2基底之间的电荷转移。因此,随着样品的处理时间的增加,P掺杂程度逐渐加剧,拉曼信号逐渐增强,从而实现对SERS性能的精准调控。最后,我们探测了处理后的MoTe2衬底的检测极限,结果表明其最低检测极限达到10-11M,对应的增强因子高达4.65×10~5,远远超过其他二维材料及非金属氧化物衬底的SERS性能。
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