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引言

揮發(fā)性有機化合物（VOCs）是一類沸點較低的有機分子。當空氣中VOCs達到一定濃度時，人們就會出現(xiàn)頭暈、乏力等癥狀。長時間處于VOCs含量過高的環(huán)境中，會對人的腎臟、肝臟、大腦等造成傷害，影響神經系統(tǒng)的正常運行。鑒于VOCs對生態(tài)環(huán)境和人類健康構成的嚴重威脅，準確、快速的測定VOCs及其含量是目前全球的研究熱點之一。

表面增強拉曼散射（SERS）可以提供拉曼“指紋"光譜特征，是一種靈敏、快速、無創(chuàng)的光學檢測工具。然而，普通的SERS基底（如Au和Ag納米結構）在低濃度和高擴散性的氣體樣品檢測方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。針對這一難題，南京師范大學王琛教授課題組提出，通過在金納米粒子表面原位生長多孔共價有機框架（COFs）材料，利用COFs對氣體的強富集能力和納米金的等離激元共振增強效應，大幅提高了VOCs的檢測靈敏度，從而實現(xiàn)了不同VOCs的精準區(qū)分和靈敏檢測。為驗證該方法的準確性和靈敏度，分析測試中心廖學巍老師利用傳統(tǒng)的氣相色譜和氣質聯(lián)用方法，對空氣樣品中的不同VOCs氣體進行了分析和鑒定。實驗結果表明，上述不同方法對VOCs的檢測準確度一致，但SERS方法的檢測靈敏度最高，拉曼增強因子達到1.03x10⁷，檢測限低至ppb水平，苯胺、丙酮和苯甲醛的檢測限分別低至10.6ppb、4.0ppm和24.2ppb。該方法為設計和制造高性能VOCs氣體傳感裝置提供了一種具有高效前景的實驗啟示。

結果分析

圖1 等離激元和化學雙重增強拉曼信號傳感器檢測揮發(fā)性有機物示意圖

圖2（A）具有不同殼層厚度（3?50 nm）Au@COF的PERS性能示意圖。（B）MBN孵育不同Au@COF殼厚度的PERS 光譜圖。（C） 不同殼厚度的Au@COF在1074,1586和2227 cm^-1處的峰強。（D） MBN孵育后PERS光譜隨時間的變化關系。（E） MBN孵育后2227 cm^?1處PERS峰值強度隨時間變化的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖3（A） 使用Au@COF納米傳感器吸附、檢測揮發(fā)性有機物示意圖。（B） 空氣和單個揮發(fā)性有機物的拉曼光譜。（C） 空氣和各種揮發(fā)性有機物的拉曼光譜。（D） 空氣和揮發(fā)性有機物的GC?MS光譜以及單個揮發(fā)性有機物標準樣品的MS光譜。（E）Au@COF納米傳感器可回收性

結論

本文王琛教授課題組提出，在金納米粒子表面原位生長多孔COFs材料，利用COFs對氣體的強富集能力和納米金的等離激元共振增強效應，可大幅提高VOCs的檢測靈敏度，從而實現(xiàn)了不同VOCs的精準區(qū)分和靈敏檢測。這一研究為VOCs的識別和檢測提供了一種簡單、靈敏和快速的方法，在農業(yè)、環(huán)境和人類健康等領域均具有良好的應用前景。

南京師范大學王琛教授課題組簡介

王琛，南京師范大學化學與材料科學學院教授，博士生導師，國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者（2020年），江蘇省“青藍工程"優(yōu)秀青年骨干教師、中青年學術帶頭人；南京師范大學本科、碩士，2011年博士畢業(yè)于南京大學化學化工學院生命分析國家重點實驗室，2012-2016南京大學從事物理學博士后，2016-2017年麻省理工學院（MIT，美國）訪問學者。至今，在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等學術期刊發(fā)表研究論文60 余篇；參編英文圖書 《Nanobiosensors: From Design to Applications》(Wiley)；主持多項國家自然科學基金、江蘇省重點研發(fā)、江蘇省自然科學基金等項目；擔任Chinese Chemical Letters期刊編委，中國分析測試協(xié)會青年學術委員會委員，江蘇省材料學會副秘書長。

文章信息

本文以“Simultaneous Sensing of Multiplex Volatile Organic Compounds by Adsorption and Plasmon Dual-Induced Raman Enhancement Technique"為題發(fā)表在傳感領域旗艦期刊《ACS Sensors》。南京師范大學譚政博士和青年教師王瑾為文章第一作者，南京師范大學王琛教授為通訊作者。

本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司RTS2 多功能激光共聚焦顯微拉曼光譜儀，如需了解該產品，歡迎咨詢。

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