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       二維(2D) MXene材料憑借其豐富的表面端點和優(yōu)異的光電性能在表面增強拉曼散射(SERS)應用中引起了廣泛的興趣。在本文中，我們提出了一種基于MXene的高靈敏度SERS膜，通過整合二維尺寸縮小策略和分子富集方法。研究了兩種類型的二維碳化釩(V₄C₃和V₂C) MXenes具有超靈敏的SERS傳感性能，并討論了二維碳化釩厚度對其電子密度態(tài)和界面光致電荷轉移共振的影響等SERS機制。此外，真空輔助過濾可以進一步提升性能，實現了超快速的分子富集(2分鐘內)，超高的分子去除率(超過95%)，并提高了靈敏度(5 × 10⁻⁹ M)。這項工作可能為基于MXene的材料作為非等離子體SERS檢測的創(chuàng)新平臺帶來希望。
  
 
圖1  (a)兩步剝脫法合成二維碳化釩MXenes的示意圖。(b, c) MAX相和碳化釩MXenes的XRD譜圖。(d, e) V₄C₃和V₂C MXenes的V2p XPS譜。(f) V₄C₃和V₂C MXenes的拉曼光譜。(g)柔性V₄C₃和V₂C MXenes膜的照片。
 
 
圖2. (a, b) V₄C₃和V₂C MXenes的TEM圖像。(c, d) V₄C₃和V₂C MXenes的AFM圖像和厚度剖面。(e、f) V₄C₃和V₂C MXenes的SEM圖像和元素映射圖像。 
 

圖3 (a) R6G (1 × 10⁻⁵ M)吸附在裸尼龍膜、V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光譜。(b, c)不同濃度的R6G吸附在V₄C₃和V₂C MXenes上的拉曼光譜。(d, e)從V₄C₃和V₂C MXenes上的30個隨機位點獲得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光譜。(f)來自面板d和e (g)拉曼光譜的612 cm⁻¹峰的強度柱，吸附在V₄C₃ MXenes上的一系列有機化合物(1 × 10⁻⁵ M)的拉曼光譜。(h, i)在V₄C₃和V₂C MXenes上獲得的r6g (1 × 10⁻⁵ M)拉曼光譜。
 
 
圖4. 碳化釩、CV分子和經CV修飾的碳化釩的紫外-可見吸收光譜:(a) V₄C₃和(b) V₂C。碳化釩的能帶結構和DOS的DFT計算:(c, e) V₄C₃和(d, f) V₂C。(g) V₄C₃和V₂C做功函數的DFT計算。(h) R6G-V₄C₃和(i) R6G-V₂C系統(tǒng)的原理能級圖。
 
 
圖5。整體碳化釩MXenes的SEM圖像為(a, b) V₄C₃和(c, d) V₂C。r6g (1 × 10⁻⁵ M)在2D碳化釩MXenes、大塊碳化釩MXenes和玻璃晶圓(空白)上的拉曼光譜:(e) V₄C₃和(f) V₂C。(1 × 10⁻⁴ M)吸附在2D和大塊碳化釩MXenes上的af拉曼光譜:(g) V₄C₃和(h) V₂C。計算二維和大塊碳化釩MXenes的DOS:(i) V₄C₃和(j) V₂C。
 
 
圖6。(a)使用碳化釩MXene基膜過濾探針分子的過程示意圖。 (b)過濾前和過濾后r6g溶液(1 × 10⁻⁶ M)的UV−vis吸收光譜。(c, d)拉曼光譜和相應的信號強度of1×10⁻⁶ MR6G通過浸泡和過濾吸附在V₂C MXene基膜上。(e)通過浸泡和過濾的方式吸附在V₂C MXene基膜上的r6g分子的檢測限。(f)過濾后從V₂C MXene基膜上的30個隨機位點獲得的r6g(濃度為1 × 10⁻⁶ M)的拉曼光譜。
 
     相關科研成果由東南大學物理學院Qi Hao和Teng Qiu等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c10800)上。原文：Flexible Two-Dimensional Vanadium Carbide MXene-Based Membranes with Ultra-Rapid Molecular Enrichment for Surface Enhanced Raman Scattering。

轉自《石墨烯研究》公眾號