3D/1D二硫化钼（MoS）结构 在金纳米线（Au nanowires）异质结表面构建的2种花状微球（flower-like microspheres）SERS（表面增强拉曼散射）平台，所有组件均能同时且协同地作用于电磁效应与化学效应的增强过程

《Sensors and Actuators B: Chemical》：3D/1D MoS 2 flower-like microspheres@Au nanowires heterojunction SERS platform with all components simultaneously & synergically contributing to each enhancement effect of electromagnetic and chemical mechanisms

构建基于3D/1D MoS2花状微球@Au纳米线异质结构的表面增强拉曼散射（SERS）平台，通过形貌调控和界面工程策略实现电磁（EM）与化学（CM）协同增强，其增强因子达3.97×10^9，并成功应用于检测实际水体中晶体紫和甲基绿农药残留，极限检测浓度分别为7.53×10^-12和8.71×10^-12 M。

　　在表面增强拉曼散射（SERS）技术的研究中，开发高性能的SERS基底材料一直是推动该技术从基础研究向实际应用转化的重要方向。SERS技术通过利用纳米材料的等离子体或化学特性，显著增强分子在特定表面上的拉曼信号，使其成为一种高灵敏度、高选择性的分析工具。在本研究中，科研团队成功构建了一种新型的3D/1D异质结构SERS基底，即MoS?花状微球@金纳米线（MoS? FMs@Au NWs）异质结平台，其表现出了前所未有的SERS增强效果。这一成果不仅为SERS技术的进一步发展提供了新的思路，也为实际环境中的痕量物质检测开辟了新的可能。

MoS?是一种典型的二维过渡金属硫化物，因其独特的物理和化学性质，如丰富的缺陷类型、短的电荷转移路径、高电子传输性等，被广泛研究用于SERS增强。这些特性使其在基于电荷转移（CT）机制的SERS增强中展现出巨大的潜力。然而，MoS?在SERS增强中的表现通常受到其自身物理结构的限制，尤其是在电磁（EM）增强方面。为此，研究人员探索了如何通过结构调控和界面工程策略，实现MoS?与金属纳米结构（如金纳米线）的异质结组合，从而同时提升EM和CT增强机制的贡献。

通过简单水热法与种子介导生长法相结合的策略，研究团队成功制备了具有特定三维结构的MoS?花状微球，并进一步在其表面负载了高密度、有序排列的金纳米线。这种结构设计不仅优化了MoS?的表面缺陷（如硫空位缺陷），还有效提升了其在SERS中的表现。值得注意的是，金纳米线的引入不仅提供了等离子体热点效应，还通过热电子激发机制增强了化学增强效果。这种双重机制的协同作用，使得MoS? FMs@Au NWs异质结在SERS增强方面表现出卓越的性能。

通过理论模拟与实验验证，研究团队发现该异质结平台在SERS增强中能够实现EM和CM机制的同步优化。一方面，三维MoS?花状微球的结构可以激发Mie共振效应，从而增强电磁增强的贡献；另一方面，金纳米线的引入不仅提高了热点效应的密度，还通过热电子激发进一步增强了化学增强的效率。这种协同效应使得整个异质结平台的SERS增强因子达到了3.97 × 10?，远高于传统SERS基底材料的性能水平。此外，该基底在实际水环境中展现出对痕量杀菌剂残留（如结晶紫和孔雀绿）的超高灵敏度检测能力，其检测限分别低至7.53 × 10?12 M和8.71 × 10?12 M，为环境监测、食品安全分析等领域提供了新的工具。

为了实现这一目标，研究团队首先对MoS?花状微球的形态和表面缺陷进行了精确调控。通过调整水热反应的温度，他们能够同步优化MoS?的结构特征和硫空位缺陷的分布。这种调控策略不仅提升了MoS?本身的SERS活性，还为其后续与金纳米线的结合奠定了良好的基础。在MoS?花状微球表面负载金纳米线的过程中，研究人员采用了种子介导的生长方法，确保金纳米线能够均匀地分布在MoS?的三维结构上。这种方法不仅提高了金纳米线的密度和有序性，还使得整个异质结在电磁和化学增强方面能够实现最佳的协同作用。

实验结果表明，MoS?花状微球与金纳米线的结合显著提升了SERS基底的整体性能。金纳米线的引入不仅增强了电磁增强的效果，还通过其热电子激发机制促进了化学增强的效率。此外，MoS?花状微球的三维结构和丰富的表面缺陷为电荷转移提供了理想的通道，进一步增强了SERS信号的强度。这种结构的优化使得整个异质结平台能够同时发挥电磁和化学增强的优势，从而实现更高的SERS增强因子。

在实际应用方面，该异质结平台展现出了出色的检测能力。通过在真实水环境中对结晶紫和孔雀绿等痕量杀菌剂残留的检测，研究人员验证了该基底在环境监测中的实用性。这种超高灵敏度的检测能力不仅能够满足对痕量污染物的检测需求，还为开发更高效、更环保的SERS基底材料提供了新的思路。特别是在当前对环境污染物和食品安全问题日益关注的背景下，这种新型SERS基底材料的出现具有重要的现实意义。

此外，该研究还为开发具有多功能集成的SERS基底材料提供了理论支持和实验依据。传统的SERS基底材料往往在灵敏度、选择性、稳定性等方面存在一定的局限性，而通过异质结设计，研究人员成功地将两种不同类型的增强机制结合在一起，实现了性能上的互补和优化。这种策略不仅适用于MoS?和金纳米线的组合，也可以推广到其他半导体与金属纳米材料的异质结设计中，为未来SERS技术的发展提供了广阔的前景。

在实验过程中，研究团队还对所使用的材料进行了详细的分析。例如，他们采用了多种化学试剂，包括钼酸钠、硫脲、柠檬酸、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、抗坏血酸、4-巯基苯甲酸、聚乙烯吡咯烷酮等，以确保异质结平台的稳定性和可重复性。同时，他们对所制备的MoS?花状微球和金纳米线进行了系统的表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等，以验证其形态和结构特征是否符合设计要求。

通过这些努力，研究团队不仅成功构建了高性能的SERS基底，还深入探讨了其在实际应用中的潜力。他们发现，该异质结平台在实际水环境中能够有效检测出痕量杀菌剂残留，这表明其在环境监测和食品安全检测中具有重要的应用价值。同时，该研究还揭示了不同增强机制之间的协同作用，为未来设计更加高效的SERS基底材料提供了理论指导和实验基础。

在本研究中，作者们还详细描述了各自在研究过程中的贡献。Xin Jiang负责研究方法的设计和资金获取，Zhiyu Wang负责数据可视化和软件分析，Libin Yang负责论文的撰写、审阅和项目指导，Bing Zhao提供了研究资源支持，Rui Wang负责原始数据的收集和整理，Yanan Lu和Yimin Tang则负责实验验证和数据分析。这种明确的分工不仅确保了研究工作的顺利进行，也为未来相关研究的合作提供了良好的范例。

综上所述，这项研究通过巧妙的结构设计和材料选择，成功构建了一种具有超高SERS增强性能的异质结平台。该平台不仅在理论模拟和实验验证中表现出色，还在实际应用中展现出巨大的潜力。未来，随着对SERS技术的进一步研究和开发，这种新型异质结基底有望在更多领域中得到应用，为环境监测、食品安全、生物医学等领域的研究提供强有力的技术支持。