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東南大學物理學院Qi Hao和Teng Qiu等--具有超快速分子富集的柔性二維碳化釩MXene基膜用于表面增強拉曼散射

二維(2D) MXene材料憑借其豐富的表面端點和優異的光電性能在表面增強拉曼散射(SERS)應用中引起了廣泛的興趣。在本文中，我們提出了一種基于MXene的高靈敏度SERS膜，通過整合二維尺寸縮小策略和分子富集方法。研究了兩種類型的二維碳化釩(V₄C₃和V₂C) MXenes具有超靈敏的SERS傳感性能，并討論了二維碳化釩厚度對其電子密度態和界面光致電荷轉移共振的影響等SERS機制。此外，真空輔助過濾可以進一步提升性能，實現了超快速的分子富集(2分鐘內)，超高的分子去除率(超過95%)，并提高了靈敏度(5 × 10⁻⁹ M)。這項工作可能為基于MXene的材料作為非等離子體SERS檢測的創新平臺帶來希望。

圖1 (a)兩步剝脫法合成二維碳化釩MXenes的示意圖。(b, c) MAX相和碳化釩MXenes的XRD譜圖。(d, e) V₄C₃和V₂C MXenes的V2p XPS譜。(f) V₄C₃和V₂C MXenes的拉曼光譜。(g)柔性V₄C₃和V₂C MXenes膜的照片。

圖2. (a, b) V₄C₃和V₂C MXenes的TEM圖像。(c, d) V₄C₃和V₂C MXenes的AFM圖像和厚度剖面。(e、f) V₄C₃和V₂C MXenes的SEM圖像和元素映射圖像。

圖3 (a) R6G (1 × 10⁻⁵ M)吸附在裸尼龍膜、V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光譜。(b, c)不同濃度的R6G吸附在V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光譜。(d, e)從V₄C₃和V₂C MXenes上的30個隨機位點獲得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光譜。(f)來自面板d和e (g)拉曼光譜的612 cm⁻¹峰的強度柱，吸附在V₄C₃ MXenes上的一系列有機化合物(1 × 10⁻⁵ M)的拉曼光譜。(h, i)在V₄C₃和V₂C MXenes上獲得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光譜。

圖4. 碳化釩、CV分子和經CV修飾的碳化釩的紫外-可見吸收光譜:(a) V₄C₃和(b) V₂C。碳化釩的能帶結構和DOS的DFT計算:(c, e) V₄C₃和(d, f) V₂C。(g) V₄C₃和V₂C做功函數的DFT計算。(h) R6G-V₄C₃和(i) R6G-V₂C系統的原理能級圖。

圖5。整體碳化釩MXenes的SEM圖像為(a, b) V₄C₃和(c, d) V₂C。r6g (1 × 10⁻⁵ M)在2D碳化釩MXenes、大塊碳化釩MXenes和玻璃晶圓(空白)上的拉曼光譜:(e) V₄C₃和(f) V₂C。(1 × 10⁻⁴ M)吸附在2D和大塊碳化釩MXenes上的af拉曼光譜:(g) V₄C₃和(h) V₂C。計算二維和大塊碳化釩MXenes的DOS:(i) V₄C₃和(j) V₂C。

圖6。(a)使用碳化釩MXene基膜過濾探針分子的過程示意圖。 (b)過濾前和過濾后r6g溶液(1 × 10⁻⁶ M)的UV−vis吸收光譜。(c, d)拉曼光譜和相應的信號強度of1×10⁻⁶MR6G通過浸泡和過濾吸附在V₂C MXene基膜上。(e)通過浸泡和過濾的方式吸附在V₂C MXene基膜上的r6g分子的檢測限。(f)過濾后從V₂C MXene基膜上的30個隨機位點獲得的r6g(濃度為1 × 10⁻⁶ M)的拉曼光譜。

相關科研成果由東南大學物理學院Qi Hao和Teng Qiu等人于2022年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c10800)上。原文：Flexible Two-Dimensional Vanadium Carbide MXene-Based Membranes with Ultra-Rapid Molecular Enrichment for Surface Enhanced Raman Scattering。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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