使用 N 掺杂石墨烯的超灵敏传感器

基于拉曼光谱和使用氮掺杂石墨烯作为承印物由一个国际团队的工作在宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发高度敏感的化学传感器。在这种情况下，使用兴奋剂是指氮原子引入碳结构的石墨烯。这种技术可以检测痕量的分子在很低浓度的溶液中，一些 10000 倍更稀释比可以用肉眼看到。

拉曼光谱是一种被广泛采用的识别技术化学、 材料科学和制药工业中用于检测各种分子的唯一内部振动。激光光照射晶体或分子，它分散和转移颜色。在的拉曼光谱，服务几乎像指纹一样每拉曼活性形式中可以检测到散射光照射系统。

毛里西奥 · Terrones，领导这项研究的物理、 化学、 材料学宾夕法尼亚州立大学教授说:”基本上，可见光谱中的不同颜色将关联到不同的能量，”。”想象一下每个分子具有特定的光色排放，有时黄，有时是绿色。那种颜色是离散的能量与相关联。

团队选择了三种类型的荧光染料分子，他们的实验。荧光染料，常被用作标记在生物实验中，都特别难表面增强拉曼光谱检测，因为荧光容易洗出的信号。然而，当染料添加到石墨烯或 N 掺杂石墨基体，淬火 — — 荧光 — — 光致发光。

就其本身而言，拉曼信号是如此脆弱，很多方法已经被用来增强信号。最近开发的增强技术使用原始石墨烯作为基材，从而可以增强拉曼信号几个数量级。在一篇论文出版在线今日 (7 月 22 日) 在杂志科学进展，Terrones 和同事透露将氮原子添加到原始的石墨烯进一步提高灵敏度，重要的是，他们做了石墨烯和 N 掺杂石墨烯是如何引起的增强的理论解释。

“通过控制氮掺杂可以将转移到石墨烯的能隙，转变产生共振效应，大大增强的分子振动拉曼模式，”说作者思敏丰，研究生 Terrones 的组中。

“这是基础性研究，”说安娜劳拉 · 伊莱亚斯合著和研究关联在 Terrones 的实验室。”它很难量化增强，因为它会为每个材料和光的颜色不同。但在某些情况下，我们会从零到东西我们可以检测到第一次。你可以看到大量的功能，然后学习大量的物理。对我来说这项工作的最重要的方面是我们对这一现象的理解。这将导致技术方面的进展。

Terrones 补充说，”我们进行了广泛的理论和实验工作。我们赶上了解释为什么氮掺杂石墨烯远优于普通石墨烯。我认为这是一个突破，因为在我们的论文中，我们解释检测某些分子机理的研究”。

由于石墨烯的化学惰性和生物相容性，该团队预计，新技术将能有效地检测痕量有机分子。伊莱亚斯是兴奋与可用的便携式拉曼光谱仪可以采取到偏僻的地方来检测，例如，危险的病毒相结合技术的前景。他们研究了荧光染料将使它快速且轻松地看到生物细胞内化合物的存在。因为这项技术很简单 — — 只是石墨烯基底成溶液浸泡一小段时间 — — 它应该是可行的若要创建特定分子的拉曼光谱整个库 Terrones 说。

来自巴西、 中国和日本的研究人员对这项工作同时前往宾夕法尼亚州立大学 Terrones 实验室作出了贡献。本文的标题是”超灵敏分子传感器使用 N 掺杂石墨烯通过增强拉曼散射”。

其他合作者包括玛丽亚 · 克里斯蒂娜 dos Santos，巴西;布鲁诺 · 卡瓦略，巴西;汤逊 Lv，中国;清代李，中国;郁垒，和训藤泽内斯特 Perea-洛佩斯，所有从宾夕法尼亚州;盛宣远藤，日本;明湖泛，中国;和巴西的马科斯 A.而成。

由资助穆里授予来自美国陆军研究办公室和美国空军科学研究办公室。在自己的国家内的机构为客座教师和学生提供支持。