三维CuO/NiCo-LDH/Ag分级SERS纳米结构直接检测痕量全氟辛酸的研究

本文报道了一种基于CuO纳米线（NW）/层状双氢氧化物（LDH）/银（Ag）的三维分级纳米结构，作为表面增强拉曼散射（SERS）基底，用于直接检测痕量全氟辛酸（PFOA）。该结构通过LDH组分与PFOA分子间的静电相互作用增强吸附，并利用Ag纳米粒子（NPs）产生的局域等离子体热点（hotspots）及光捕获效应实现拉曼信号放大，检测动态范围宽达10?2至10?9 M，增强因子（EF）高达1.25 × 107。该策略无需复杂预处理或标记，为有机污染物的高灵敏、直接SERS监测提供了新途径。

　　

亮点

三维CuO NW/LDH/Ag分级纳米结构的详细制备过程如图1a所示。该架构包含三个主要功能层：集成有NiCo-LDH纳米结构的CuO纳米线阵列基底，用于增强目标分子的吸附能力并提供有效的光捕获效应；银纳米粒子（Ag NPs）作为等离子体热点，诱导强烈的局域表面等离子体共振（LSPR）。这些组件共同形成了一个具有增强SERS性能的分级结构。

结果与讨论

CuO NW/LDH/Ag分级纳米结构的详细形态和结构通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行表征。如图1b所示，在铜箔基底上成功生长出垂直排列的CuO纳米线阵列，其表面均匀覆盖了NiCo-LDH纳米片，形成三维多孔结构。随后，通过原位还原法将Ag NPs均匀地修饰在LDH纳米片表面（图1c）。能量色散X射线光谱（EDX）元素映射结果（图1d）证实了Cu、O、Ni、Co和Ag元素在结构中的均匀分布，表明成功构建了复合纳米材料。

通过评估其对模型分子罗丹明6G（R6G）的SERS响应来研究所制备基底的增强性能。如图2a所示，在10^?6 M的R6G溶液中，基底显示出强烈的拉曼信号，计算出增强因子高达1.25 × 10⁷。这主要归因于结构内的电磁增强（EM）和化学增强（CM）的协同效应。一方面，密集且均匀分布的Ag NPs在激光照射下产生强烈的局域电磁场；另一方面，CuO NW和NiCo-LDH之间的异质结促进了电荷转移，进一步增强了拉曼信号。

为了评估基底对PFOA的直接检测能力，将基底浸泡在不同浓度的PFOA水溶液中，然后进行SERS测量。如图2b所示，在10^?9 M的极低浓度下仍能检测到PFOA的特征拉曼峰（例如位于732 cm^?1的CF₂伸缩振动峰）。SERS强度与PFOA浓度在10^?2 到 10^?9 M范围内呈现出良好的线性关系（图2c），表明该基底具有宽动态范围和超高灵敏度。值得注意的是，检测过程无需任何复杂的样品前处理或标记步骤，实现了PFOA的直接检测。

基底的可重复使用性和稳定性对于实际应用至关重要。如图3a所示，经过五次吸附-检测循环后，基底对PFOA的SERS信号强度仍保持在初始值的90%以上，表现出优异的可重复性。这主要得益于NiCo-LDH与PFOA分子之间可逆的静电吸附作用，以及Ag NPs在三维结构中的牢固固定。此外，该异质结结构还赋予了基底光催化活性。在可见光照射下，吸附的PFOA分子可以被有效降解（图3b），从而使基底再生，进一步延长其使用寿命。

结论

总之，本研究开发并研究了一种三维CuO NW/LDH/Ag分级纳米结构，能够实现PFOA的超灵敏检测。NiCo-LDH与PFOA分子之间的吸附相互作用与CuO NW/LDH框架提供的光捕获效应之间的协同作用，促进了目标分子在等离子体热点内的有效定位。因此，这项工作实现了在痕量浓度下直接检测PFOA，