[Nature Reviews Physics] 我室任斌教授发表综述:表面等离激元增强拉曼光谱

发布日期:2020年05月12日   浏览次数:

    任斌教授课题组应Nature出版集团旗下Nature Reviews Physics期刊的邀请,撰写题为" Fundamental understanding and applications of plasmon-enhanced Raman spectroscopy"综述,于近日在线发表(Nat. Rev. Phys., 2020, DOI: 10.1038/s42254-020-0171-y)。



    表面等离激元增强拉曼光谱(PERS)是表面增强拉曼光谱(SERS)、壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)和针尖增强拉曼光谱(TERS)等光谱技术的统称。PERS技术利用具有表面等离激元共振效应的纳米结构,将电磁场会聚到局域的空间而增强,从而增强拉曼信号。PERS不但可以提供样品的化学指纹信息,还具有单分子水平的检测灵敏度和可达埃米级别的空间分辨率。因此,在过去的20年里,PERS技术在“顶天”基础研究和“立地”应用研究方向都得到了长足的发展,在化学和生物分析到材料表征等多个领域得到日益重要的应用。该综述系统介绍了利用局域表面等离激元共振效应来增强拉曼信号的基本原理、优点和局限性,介绍了近年PERS在增强效应和空间分辨率方面的突破性进展,以及为揭示这些突破常规认识而不断涌现的新物理机制。综述进一步从实验者的视角分析如何提升灵敏度和正确理解PERS结果,并展示了PERS在材料表征、生物分析以及表面和界面研究中的最新应用。基于本课题组的研究经验,总结和归纳了实验和理解中容易出现的问题和解决思路。Nature Reviews Physics编辑在访问任斌教授课题组网站时,发现其课题组利用全息光学方法制备的纳米结构非常有序,选择了这些结构作为其5月刊封面的素材。

    同一周,该课题组应Chemical Science邀请撰写的“Surface-enhanced Raman spectroscopy: benefits, trade-offs and future developments”(Chemical Science, 2020, DOI: 10.1039/D0SC00809E)mini review也正式上线。该综述在介绍SERS基本原理的基础上,从分子与纳米材料作用的本质入手,分析如何提高SERS实验的重现性以及如何规范的计算SERS增强因子。特别为读者给出未来SERS应用于实际样品的定量分析所必须遵循的实验设计思路和原则。这两篇综述从不同角度分别展望了PERS(SERS)技术的未来发展方向,并指出亟待解决的问题。

任斌教授课题组一直致力发展PERS新方法和仪器。在国际上首次实现电化学针尖增强拉曼光谱,并用TERS研究固气、固液界面(J. Am. Chem. Soc, 2015, 137, 11928,Nat. Nanotech., 2017, 12, 132; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 13177; Nat. Commun., 2019, 10, 5544; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 1341);研究了表面等离激元增强光谱机理和增强光热和光电效应(Nat. Commun., 2017, 8, 14897;J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 13680; Nat. Commun., 2019, 10, 2671);发展基于全息光学的等离激元材料制备方法(Adv. Mater., 2018, 1706031; Adv. Funct. Mater., 2018, 1802263)。受邀在Chemical Society Reviews(Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 4020)和Chemical Reviews(Chem. Rev., 2018, 118, 4946)上撰写综述。

    以上工作得到国家自然科学基金委和科技部等长期的支持。

    论文链接:https://doi.org/10.1038/s42254-020-0171-y