利用经紫外线-臭氧处理的Nb2O5?x纳米片与等离子体纳米颗粒结合实现超灵敏表面增强拉曼散射（SERS）检测：一项综合的实验与理论研究

《Journal of Materials Chemistry C》：Ultrasensitive SERS detection using UV-ozone treated Nb2O5?x nanosheets coupled with plasmonic nanoparticles: an integrated experimental and theoretical study

缺陷工程通过优化半导体材料中的氧空位（如Nb?O?纳米片经UV-ozone处理）与等离子体纳米颗粒（Ag/Au）协同增强SERS效应，实现对malachite green（检测限10?1? M）和ciprofloxacin的超灵敏检测，并借助DFT和FEM模拟解析电磁与化学增强机制。

　　

在半导体中，缺陷工程是一种提高表面增强拉曼散射（SERS）效应灵敏度的最有效技术之一。通过对宽带隙半导体（如Nb?O?）中的氧空位进行精细调控，可以优化电荷转移过程，从而增强化学增强机制（CM）。在本研究中，通过成本效益较高的紫外-臭氧处理方法将氧空位引入二维Nb?O?纳米片，并进一步与等离子体银（Ag）和金（Au）纳米颗粒（NPs）结合，利用电磁（EM）和化学增强机制的协同效应，实现了卓越的SERS性能。经过紫外-臭氧处理后，装饰有银纳米颗粒的Nb?O?纳米片对孔雀石绿（MG）分子的检测灵敏度达到了6.75 × 10?，检测限低至10?1? M。值得注意的是，相同的基底也能有效检测抗生素环丙沙星（CIP）。激发波长对检测效果有重要影响，其选择方式旨在最大化这两种机制的贡献。此外，还采用了密度泛函理论（DFT）计算和基于有限元方法（FEM）的模拟来揭示背后的物理机制，并明确它们对整体SERS增强的各自贡献。这项工作为设计高灵敏度、稳定的SERS基底提供了实用且可扩展的方法，凸显了经过缺陷修饰的金属-半导体杂化材料在环境监测、食品安全和分析传感领域的应用潜力。