一种基于二维材料的拉曼增强基底及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于二维材料的拉曼增强基底，包括基底以及设置在所述基底上的二维材料层，所述二维材料层的材质包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化合物中的至少一种。本发明专利技术提供的基于二维材料的拉曼增强基底中二维材料层与待检测物质分子之间通过电荷的转移，实现了拉曼信号的共振增强；二维材料与基底直接结合，省去了贵金属层的使用，降低制备成本，减少工艺流程，有利于规模化生产，且避免了与待检测物质分子间反应引起信号复杂化的问题，使得检测的重复性好、稳定性高，在检测共振激光在可见光区的物质中有广泛的应用前景。

Raman-enhanced substrates based on two-dimensional materials and their preparation methods and Applications

The present invention provides a Raman enhanced substrate based on two-dimensional materials, including a substrate and a two-dimensional material layer disposed on the substrate. The material of the two-dimensional material layer includes at least one of graphene, black phosphorus and transition metal chalcogenides. The Raman signal resonance enhancement is realized by charge transfer between the two-dimensional material layer and the molecule of the substance to be detected in the Raman enhanced substrate based on the two-dimensional material provided by the invention; the two-dimensional material is directly combined with the substrate, thus eliminating the use of the precious metal layer, reducing the preparation cost, reducing the process flow, facilitating large-scale production, and avoiding the inverse reaction with the molecule of the substance to be detected. The problem of signal complexity should be caused, which makes the detection repeatable and stable. It has a wide application prospect in the detection of materials in visible region by resonance laser.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维材料的拉曼增强基底及其制备方法和应用
本专利技术涉及检测
，特别涉及一种基于二维材料的拉曼增强基底及其制备方法和应用。
技术介绍
表面增强拉曼光谱技术(SurfaceenhancedRamanScattering，SERS)是一种高灵敏的检测吸附物种指纹振动信息的光谱技术，被认为是最具实际应用潜力的快速无损表征手段，可实现单分子水平的检测并提供分子结构指纹信息，为拉曼光谱在生物监测、食品分析、环境污染、疾病检测等方面提供了诱人的前景。但是SERS技术在实际生活中的应用仍然面临很多挑战。常见的拉曼增强基底主要为粗糙的金膜、银膜、及金、银纳米颗粒等，但是这些贵金属基底具有价格昂贵、制备过程繁琐、重复性差、基底容易变质失活、不易于长期保存等问题。鉴于此，需要寻找一种制备方法简单、重复性好、稳定性好、价格低廉的拉曼增强基底。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于二维材料的拉曼增强基底，其中，设置在基底上的二维材料层与待检测物质分子之间通过电荷的转移，实现了拉曼信号的共振增强；二维材料与基底直接结合，省去了贵金属层的使用，降低制备成本，减少工艺流程，有利于规模化生产，且避免了与待检测物质分子间反应引起信号复杂化的问题，使得检测的重复性好、稳定性高，在表面增强拉曼光谱技术中具有广泛的应用前景。第一方面，本专利技术提供了一种基于二维材料的拉曼增强基底，包括基底以及设置在所述基底上的二维材料层，所述二维材料层的材质包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化合物中的至少一种。在本专利技术中，所述二维材料层可以为一次制备工艺制得的单层结构，也可以为多次制备工艺制得的多层结构，对此不作限定。可选的，所述过渡金属硫族化合物包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、锝、铼、钴、铑、铱、镍、钯、铂对应的硫化物、硒化物、碲化物中的至少一种。即，所述过渡金属硫族化合物包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、锝、铼、钴、铑、铱、镍、钯和/或铂对应的硫化物、硒化物和/或碲化物。具体的，所述钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、锝、铼、钴、铑、铱、镍、钯、铂对应的硫化物可以为二硫化钛、二硫化锆、二硫化铪、硫化钒、二硫化铌、二硫化钽、二硫化钼、二硫化钨、二硫化锝、二硫化铼、二硫化钴、硫化铑、二硫化铱、二硫化镍中的至少一种。进一步的，所述过渡金属硫族化合物包括二硫化铌、1T相的二硫化钼中的至少一种。可选的，所述二维材料层的厚度为0.5nm-500nm。进一步的，所述二维材料层的厚度为1nm-450nm。更进一步的，所述二维材料层的厚度为10nm-400nm。具体的，所述二维材料层的厚度可以但不限于为100nm、150nm、220nm、330nm或370nm。可选的，所述二维材料层完全或部分覆盖所述基底，当所述二维材料层部分覆盖所述基底时，所述二维材料层由一个或多个子二维材料层组成，多个所述子二维材料层间隔设置在所述基底上。具体的，多个所述子二维材料层可以但不限于为均匀间隔设置在所述基底上或无规则设置在所述基底上。可选的，所述基于二维材料的拉曼增强基底用于检测共振激光在可见光区的物质。其中，可见光区的波长范围在380nm-780nm内。可选的，所述基底与所述二维材料层通过分子间作用力、共价键和离子键中的至少一种方式结合。可选的，所述基底的材质包括硅片、石英、导电玻璃、蓝宝石中的至少一种。进一步的，所述硅片具有氧化硅层。更进一步的，所述氧化硅层的厚度为90nm-300nm。在现有技术中，拉曼增强基底均具有贵金属层(例如金、银)，贵金属纳米颗粒在基底表面形成电场，增强拉曼截面积，从而实现增强拉曼信号的作用；但是，贵金属纳米可以作为很多氧化还原反应的催化剂，在待检测物质分子与其接触时，待检测物质分子可能会发生扭曲变形、碳化、光漂泊、等离子体催化等反应，从而导致拉曼信号复杂化，不利于物质的检测，且制备成本高，工艺复杂。而在本专利技术中，采用二维材料与基底直接结合，制得基于二维材料的拉曼增强基底，通过二维材料层与待检测物质分子之间的电荷转移，增强检测信号，从而减少了贵金属层的使用，且检测的重复性好、稳定性高、检测时间短。第二方面，本专利技术提供了一种基于二维材料的拉曼增强基底的制备方法，包括：提供基底，在所述基底上形成二维材料层，即得到基于二维材料的拉曼增强基底，所述二维材料层的材质包括石墨烯、黑磷、过渡金属硫族化合物中的至少一种。可选的，在所述基底上形成二维材料层的具体操作为：采用化学气相沉积法或化学剥离法，在所述基底上形成二维材料层，或在辅助基底上形成二维材料层，经剥离和转移使所述二维材料层与所述辅助基底分离，并与所述基底结合。在本专利技术中，二维材料可以直接在基底上生长，也可以利用辅助基底进行生长后转移至基底上，可以根据二维材料的性质进行选择，对此不作限定。可选的，所述过渡金属硫族化合物包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、锝、铼、钴、铑、铱、镍、钯、铂对应的硫化物、硒化物、碲化物中的至少一种。进一步的，所述过渡金属硫族化合物包括二硫化铌、1T相的二硫化钼中的至少一种。可选的，所述二维材料层的厚度为0.5nm-500nm。进一步的，所述二维材料层的厚度为1nm-450nm。更进一步的，所述二维材料层的厚度为10nm-400nm。具体的，所述二维材料层的厚度可以但不限于为100nm、150nm、220nm、330nm或370nm。可选的，所述二维材料层完全或部分覆盖所述基底，当所述二维材料层部分覆盖所述基底时，所述二维材料层由一个或多个子二维材料层组成，多个所述子二维材料层间隔设置在所述基底上。具体的，多个所述子二维材料层可以但不限于为均匀间隔设置在所述基底上或无规则设置在所述基底上。可选的，所述基于二维材料的拉曼增强基底用于检测共振激光在可见光区的物质。可选的，所述基底与所述二维材料层通过分子间作用力、共价键和离子键中的至少一种方式结合。可选的，所述基底的材质包括硅片、石英、导电玻璃、蓝宝石中的至少一种。进一步的，所述硅片具有氧化硅层。更进一步的，所述氧化硅层的厚度为90nm-300nm。可选的，所述剥离包括化学剥离、机械剥离、液相剥离中的至少一种。具体的，当制备具有二硫化铌二维材料的拉曼增强基底时，所述制备方法可以但不限于为：将铌金属粉末置于石英管中，升温后进行氧化，获得部分氧化的氧化铌粉末。取部分氧化的氧化铌粉末与氯化钠混合搅拌均匀，平铺于氧化铝舟中，将清洗干净的基底放置在粉末上方，将氧化铝舟置于高温管式炉中，反应腔的温度为800℃-850℃。将硫粉放置于氧化铝舟中。向反应腔通入100sccm-220sccm氢气/氩气混合气(其中氢气含量为10％)，炉体升温至反应腔温度，在反应腔温度维持13min-20min进行二维二硫化铌的生长。随后关闭加热电源，自然冷却至室温。将样品取出清洗后即可获得具有二硫化铌二维材料的拉曼增强基底。具体的，当制备具有1T相的二硫化钼二维材料的拉曼增强基底时，所述制备方法可以但不限于为：将正丁基锂溶液加入二硫化钼粉末中，在氩气的气氛中回流反应后，进行清洗。将反应的混合物分散在水中，进行超声和离心处理，除去锂离子与没有被剥离的二硫化钼。将离心后的1T相的二硫化钼分散在水中，随后将1T相的二硫化钼溶液用滤纸进行抽滤，使得1T相的二硫化钼附着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的二维材料层，所述二维材料层的材质包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化合物中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的二维材料层，所述二维材料层的材质包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化合物中的至少一种。2.如权利要求1所述的基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、锝、铼、钴、铑、铱、镍、钯、铂对应的硫化物、硒化物、碲化物中的至少一种。3.如权利要求2所述的基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物包括二硫化铌、1T相的二硫化钼中的至少一种。4.如权利要求1所述的基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，所述二维材料层的厚度为0.5nm-500nm。5.如权利要求1所述的基于二维材料的拉曼增强基底，其特征在于，所述二维材料层完全或部分覆盖所述基底，当所述二维材料层部分覆盖所述基底时，所述二维材料层由一个或多个子二维材料层组成，多个所述子二维材料层间隔设置在所述基底上。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文静，宋秀菊，曼尼什·乔瓦拉，
申请(专利权)人：深圳大学，美国新泽西州立罗格斯大学，
类型：发明
国别省市：广东,44