飞秒激光液相烧蚀与碎裂法合成TMDC纳米颗粒的对比研究：揭示晶态调控与SERS增强的关键机制

研究人员针对过渡金属二硫化物(TMDC)纳米颗粒合成中晶态与尺寸可控性难题，通过对比飞秒激光液相烧蚀(PLAL)与碎裂(PLFL)技术，发现PLAL产生多晶/非晶混合态宽分布颗粒，而PLFL可生成单分散Se/WSe2复合颗粒，并首次证实WSe2纳米颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)信号比片状材料强10倍，为无等离子体SERS传感器设计提供了新思路。

　　

在纳米材料领域，过渡金属二硫化物（TMDC）因其独特的层状结构和可调谐的光电特性成为研究热点。这类材料在光电子器件、生物医学成像和治疗等领域展现出巨大潜力，但如何高效制备具有特定晶态和尺寸的TMDC纳米颗粒仍是关键挑战。传统化学合成法常需表面活性剂，而机械剥离法又难以实现球形纳米颗粒的精准控制。针对这些问题，俄罗斯科学基金会资助的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，系统比较了飞秒激光液相烧蚀（PLAL）和碎裂（PLFL）两种物理合成方法的差异。

研究采用270飞秒脉冲激光，分别以块体WSe₂晶体和片状悬浮液为原料，通过等离子体羽流动力学调控（PLAL）和光热蒸发-库仑爆炸机制（PLFL）制备纳米颗粒。借助透射电镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）和能量色散X射线光谱（EDX）等手段进行表征，并首次量化评估了纳米颗粒的SERS增强效应。

研究结果显示，PLAL法制备的纳米颗粒呈洋葱状多晶/非晶混合结构（10-250 nm），而PLFL产物则包含两种截然不同的颗粒：单晶WSe₂（20-80 nm）和元素硒纳米球（5-20 nm）。值得注意的是，当激光焦点置于晶体表面下方时，PLAL能产生更高结晶度的颗粒，这归因于更密集的等离子体环境促进了原子有序重组。在光学性能方面，球形WSe₂纳米颗粒对罗丹明6G（R6G）的SERS检测灵敏度比片状材料高10倍，这与其Mie共振增强的局域电磁场密切相关。

结论部分指出，PLAL更适合制备具有宽尺寸分布的光热治疗剂，而PLFL在制造单分散SERS基底方面更具优势。该研究不仅阐明了两种激光合成方法的物理机制差异，更重要的是发现了TMDC纳米颗粒的本征SERS活性，为开发无贵金属的生化传感器开辟了新途径。作者Andrei Ushkov等强调，通过调节激光参数可精确控制产物的晶相组成，这一发现对实现TMDC纳米材料在"Mie电子学"（Mie-tronics）和诊疗一体化等领域的应用具有指导意义。