Au/MoS2复合纳米结构的SERS性能研究

张思楠

摘  要：表面增强拉曼散射是一种良好的分子检测技术，寻求性能良好的表面增强拉曼散射基底是研究表面增强拉曼散射的重要挑战之一。在研究中发现，二硫化钼具有良好的吸附能力及荧光淬灭的作用[1]，其作为SERS基底十分具有优势，于是将金属与MoS2材料复合作为SERS基底，不仅增强基底的吸附性，并且从多个方面提升其SERS性能。文章制备出MoS2纳米花，并在其表面装饰Au纳米粒子，制备出的复合纳米材料作为SERS基底，并通过检测亚甲基蓝染料分子来研究其SERS性能。

关键词：Au/MoS2复合纳米结构;SERS;亚甲基蓝

中图分类号：O647.31 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0061-02

Abstract： Surface-enhanced Raman scattering is a good molecular detection technique. Searching for surface-enhanced Raman scattering substrates with good performance is one of the important challenges in studying surface-enhanced Raman scattering. In the research， it was found that molybdenum disulfide has good adsorption capacity and fluorescence quenching effect which is very advantageous as a SERS substrate， so the metal and MoS2 materials are combined as a SERS substrate， which not only enhances the adsorption of the substrate， but also improve its SERS performance in several ways. In this paper， MoS2 nanoflowers were prepared and the Au nanoparticles were decorated on the surface. The composite nanomaterials were prepared as SERS substrates， and their SERS properties were studied by detecting methylene blue dye molecules.

Keywords： Au/MoS2 composite nanostructure; SERS; methylene blue

1 簡介

金属材料具备良好的SERS性能[2-3]，但金属SERS基底吸附能力弱且易团聚氧化，因此对SERS性能产生诸多不良影响。过渡金属二元化合物（MX2）在光电器件、催化等方面有着十分广泛的应用[4-5]， 其中二硫化钼（MoS2）作为典型的二维结构材料，可在1.29eV～1.9eV之间调节带隙[6]，并且相比于其他半导体材料，MoS2在诸多方面有着一定的优势，并且由于MoS2优异的吸附能力及荧光淬灭的作用，其作为SERS基底材料逐渐引起了研究人员的兴趣。

在本文中，制备出MoS2纳米花与Au纳米粒子的复合纳米结构，通过检测亚甲基蓝（MB）染料分子来研究其SERS性能。

2 实验部分

2.1 MoS2纳米花制备

取1.0gNa2MoO4·2H2O、1.2g硫脲放入适量去离子水中搅拌，使之均匀混合，之后加入0.4g草酸调节溶液pH值，倒入反应釜中，在高温炉中200℃反应24h，反应结束后，使用去离子水、无水乙醇清洗2、3次直至溶液澄清，将沉淀物放入干燥箱中干燥，最终得到黑色MoS2粉末。

2.2 Au/MoS2复合纳米结构的制备

将6.5×10-4M的MoS2溶液倒入一定浓度的沸腾的HAuCl4·3H2O水溶液中，将混合溶液搅拌至沸腾3min，反应结束后冷却至室温后离心，使用去离子水、无水乙醇清洗，最后将得到的黑色沉淀物放入干燥箱中干燥。

2.3 SERS基底的制备

配置好10-6M浓度的MB溶液，取适量的MoS2粉末或Au/MoS2复合纳米结构粉末于洗净的硅片上，将MB溶液滴至粉末上，室温下自然干燥。

3 结果与讨论

3.1 表征

为研究MoS2纳米花及Au/MoS2复合纳米结构的表面形貌特征，进行了SEM、TEM表征。图1为MoS2纳米花的SEM图，可以从图1中明显看出制备出的MoS2呈明显的牡丹花状结构，表明已成功制备出MoS2纳米花。

3.2 SERS性能研究

亚甲基蓝染料（MB）是一种广泛应用于生物组织和细染色的染料分子，常用于检测DNA分子的相互作用等，因此本文选取MB染料分子作为检测分子，对Au/MoS2复合纳米结构的SERS性能进行研究。如图3所示，在10-6M浓度的MB溶液下，Au/MoS2复合纳米结构基底在497cm-1、652cm-1、683cm-1、1401cm-1处检测出MB分子的特征振动峰，其中497cm-1为C-N-C环的骨架变形振动模式，652 cm-1为C-N-C环的骨架变形振动模式，683cm-1为C-H键的面外摆动及骨架面外扭曲振动的耦合模式，1401cm-1处为CH3变形振动模式[7]。由此图可知Au/MoS2复合纳米结构SERS基底在MB浓度为10-6M时可获得部分拉曼振动峰，其对MB分子具有一定的SERS增强效果。

3.3 SERS机理的研究

SERS的增强机理主要存在电磁增强及化学增强。电磁增强一般存在于金属纳米材料中，是由于局域表面等离子体共振激发从而引起电场的增强，而化学增强一般是由于检测分子与SERS基底间的电荷转移、吸附增强等[8]。而在本文中制備的Au-MoS2复合纳米结构的SERS增强机理源于电磁增强和化学增强的共同作用。

4 结束语

总之，本文成功制备出MoS2纳米花及Au/MoS2复合纳米结构，其中Au/MoS2复合纳米结构是一种性能优异的SERS基底，其实现了对浓度为10-6M的MB分子的SERS检测。以上结论均可证明制备出的Au/MoS2复合纳米结构SERS基底展现出了优异SERS性能。

参考文献：

[1]Jiang S， Guo J， Zhang C， et al. A sensitive， uniform， reproducible and stable SERS substrate has been presented based on MoS2@Ag nanoparticles@pyramidal silicon[J]. Rsc Advances， 2017，7（10）：5764-5773.

[2]Hubbell J A， Chilkoti A. Nanomaterials for Drug Delivery[J]. Science， 2012，337（6092）：303-305.

[3]Jin I L， Lee W K. Fabrication of a simple SERS-active substrate based on gold-coated chemically generated alumina nanowires[J]. Materials Letters， 2015，160：139-141.

[4]Ramadoss A， Kim T， Kim G S， et al. Enhanced activity of a hydrothermally synthesized mesoporous MoS2 nanostructure for high performance supercapacitor applications[J]. New Journal of Chemistry， 2014，38（6）：2379-2385.

[5]Tang H， Wang J， Yin H， et al. Growth of Polypyrrole Ultrathin Films on MoS2 Monolayers as High-Performance Supercapacitor Electrodes[J]. Advanced Materials， 2015，27（6）：1117-1123.

[6]Conley H J， Wang B， Ziegler J I， et al. Bandgap engineering of strained monolayer and bilayer MoS2[J]. Nano Letters， 2013，13（8）：3626.

[7]钟亮，胡勇军，邢达，等.亚甲基蓝在胶体银表面的吸附——表面增强拉曼光谱和密度泛函理论计算[J].光谱学与光谱分析，2010，30（1）：90-94.

[8]Li Z， Jiang S， Huo Y， et al. Controlled-layer and large-area MoS2 films encapsulated Au nanoparticle hybrids for SERS.[J]. Optics Express， 2016，24（23）：26097-26108.