Ag纳米片包覆的ZnAl层状双金属氢氧化物阵列对有机污染物的SERS活性

The organic pollutions are seriously harmful to ecological environment and human health. The traditional detection techniques for organic pollutions are complicated, time-consuming, costly, the new detection technique based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy is rapid, sensitive, and promising for the realization of rapid trace detection. However, so many organic pollutions are nonpolar molecules, having low affinity to the SERS substrates, as a result, the SERS substrates cannot detect them sensitively even the activity is high. This project will use the hybridstructure of Ag nanosheets coated ZnAl layered double hydroxide (ZnAl-LDH) nanosheets array as the SERS substrate, which is promising for the realization of rapid trace detection to the nonpolar target molecules. Realize the powerful adsorption to the nonpolar molecules via ion exchange, making the ZnAl-LDH become to hydrophobicity from hydrophilicity; Realize the rapid trace detection to the target molecules with the high SERS activity of the parallel or staggered aligned Ag nanosheets on the surface of ZnAl-LDH nanosheets array. Study on fabrication technology of the substrate and optimization of the SERS activity, explore the adsorption mechanism of surface modification to organic molecules and realize the powerful adsorption to the organic pollutions. Carrying out this project will provide scientific basis and key materals for rapid detection of trace organic pollutions, lay the foundation for the related technology, and is very important for the protection of enviroment.

有机污染物严重危害生态环境和人类健康。传统检测有机污染物的方法过程复杂、耗时、成本高，基于表面增强拉曼散射（SERS）光谱的新方法快速、灵敏，有望实现快速、痕量检测。然而，许多有机分子是非极性的，难以被SERS衬底吸附。因而，即使SERS衬底的活性很高，也很难对其高灵敏度检测。该项目以表面包覆高活性Ag纳米片的ZnAl层状双金属氢氧化物（ZnAl-LDH）复合结构阵列作为SERS衬底，有望实现对非极性有机分子的痕量、快速检测。通过离子交换，使ZnAl-LDH纳米片由亲水性转变为疏水性，实现对非极性分子的有效强吸附；利用表面包覆的平行交错排列的Ag纳米片的高SERS活性，实现对目标分子的快速、痕量检测。研究衬底制备技术、优化SERS活性，探究表面改性对有机分子的吸附机理，实现对其高效吸附。为用SERS技术快速检测痕量有机污染物提供科学依据与核心材料，奠定相关技术基础，对保护环境具有重要意义。

有机污染物对生态环境和人类健康具有重大危害。基于表面增强拉曼散射（SERS）光谱的新方法快速、灵敏，有望克服传统方法过程复杂、耗时、成本高的缺点，实现快速痕量检测。然而，许多有机污染物是非极性的，难以被SERS衬底吸附。该项目按照预定研究计划，实现了在铝片基底上原位生长锌铝双金属氢氧化物（ZnAl-LDH）纳米片阵列，在其表面成功修饰了银纳米片、银纳米颗粒、金纳米颗粒结构，使其具有高的SERS活性；同时，采用离子交换法对衬底进行了疏水性处理，衬底显示出很强的疏水性能，以实现对持久性有机污染物多氯联苯（PCB）分子的吸附富集，进而实现对其快速痕量检测。在执行过程中，发现该复合SERS衬底对多氯联苯分子的敏感性低。针对可能的两个原因，做了针对性的改进和优化。一是通过阴离子型络合剂络合银离子，使其进入层间，然后原位还原，在层间形成银纳米颗粒；二是减小层状氢氧化物纳米片的厚度，使层间的PCB分子处于纳米片两面的银纳米颗粒的SERS有效耦合距离内，从而实现PCBs的吸附位点和SERS活性位点重合，实现对其快速检测。同时，在该项目的支持下，针对目标污染物PCBs的快速检测，还进行了其他相关研究，制备了多种表面粗糙的银纳米颗粒有序阵列，显示出很高的SERS活性和信号均匀性，实现了对持久性有机污染物多氯联苯（PCB-3，PCB-77）的快速检测。目前，已正式发表SCI论文3篇，申请专利3项，其中一项已经获得授权。该项目的实施和研究成果，为用SERS技术痕量快速检测有机污染物提供科学依据，奠定核心材料与技术基础，对保护环境和人类健康具有重要意义。