供稿 | 谢微课题组编辑 | Tess
审核 | Joanna
研究背景及成果
表面增强拉曼散射(SERS)是一种获取纳米材料表界面分子振动信息的光谱技术，通过在金、银等基底表面的等离激元共振效应，产生增强的电磁场，使基底表面分子的拉曼信号得到极大增强。SERS的这一特征，使其成为原位检测催化反应的重要技术。
通过SERS技术检测催化反应的关键在于制备同时具有催化活性和等离激元两种性质的金属纳米结构。而传统的催化剂材料不具备理想的等离激元活性。因此在过去的十几年里，研究人员将催化金属与等离子体金属结合在一起，制造了许多复杂的双功能纳米结构，如天线-反应器、核-壳纳米颗粒和核-卫星超结构等。
但采用这种“借力”策略制备双功能纳米结构也存在限制，如多组分复合结构合成方法复杂，且等离激元金属的引入可能会影响催化剂金属的催化性能等。基于此，南开大学谢微课题组与德国杜伊斯堡-埃森大学Sebastian Schlücker教授课题组开展合作，将单一金属钯制成纳米立方二聚体，由于过渡金属钯本身具有较强的催化活性，通过组装又大幅提高了其等离激元活性，使得单金属基底上同时具备催化及SERS双功能，实现了单颗粒水平上的钯催化反应原位检测。相关论文In situ monitoring of palladium-catalyzed chemical reactions by nanogap-enhanced Raman scattering using single Pd cube dimers已在Journal of the American Chemical Society上发表。实验过程
1.基底制备
首先，合成两个直径约为80nm的钯纳米立方体，并将其组装成面-面取向的同质二聚体。
图1.钯纳米立方二聚体的组装方案以及高分辨TEM图像。
2.SERS性能测试
使用HORIBALabRAM HR Evolution测试单颗粒二聚体的SERS性能。具体方法如下：以633nm激光作为激发光源，再改变入射激光的偏振角度以确定二聚体中两个钯纳米立方体间的共振耦合关系，结合FDTD电场强度分布模拟进一步筛选优化单颗粒基底的最佳增强实验条件。
图2.在入射光源垂直（黑线）和平行（红线）激发下，吸附在单颗粒二聚体上的信号分子1,4-联苯二硫醇的SERS光谱（左）；偏振依赖性SERS强度的极坐标图（右）。
3.原位检测非均相催化反应
获得单颗粒基底最佳增强实验条件后，将其应用于有机合成中形成C-C键的重要反应——Suzuki-Miyaura偶联反应的原位SERS动力学检测。
图3.不同反应时间采集的Suzuki-Miyaura偶联反应体系的原位SERS光谱以及动力学曲线。
用户评价
HORIBA LabRAM HR Evolution结合633nm激光光源贯穿本研究，为实验的顺利开展提供了坚实的基础。特别是装配光源起偏器后，大大简化了纳米二聚体偏振特性的测试过程，提高了实验结果的可靠性及可重复性。
谢微课题组配备的LabRAM HR Evolution 高分辨拉曼光谱仪
课题组介绍
谢微课题组长期致力于等离激元纳米材料的设计与制备，通过制备同时具有催化活性和表面增强拉曼光谱（SERS）活性的双功能纳米粒子，围绕非SERS活性的纳米催化剂表面化学反应过程的原位检测开展研究。
联系作者：谢微研究员
联系电话：15822232925
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