硅基底电沉积银纳米颗粒的制备及其SERS技术在三聚氰胺与亚甲蓝污染物检测中的应用

本研究针对环境污染物高灵敏度检测需求，通过电沉积技术（Electrodeposition）在硅基底上可控合成银纳米颗粒（AgNPs），系统探究电流密度与沉积时间对纳米结构的影响。所制备的表面增强拉曼散射（SERS）基底增强因子达1013，可检测三聚氰胺（10-12 M）和亚甲蓝（10-8 M）的超低浓度，为工业污染物监测提供新型快速检测方案。

　　

在工业快速发展的今天，三聚氰胺和亚甲蓝等化学污染物通过食品链和环境暴露严重威胁人类健康。三聚氰胺作为廉价工业添加剂，长期接触可能导致肾脏损伤甚至癌症；亚甲蓝作为纺织染料，其残留会引发神经系统毒性。尽管世界卫生组织等机构设定了安全限值（如三聚氰胺1 ppm），但传统检测方法难以实现痕量分析。表面增强拉曼散射（SERS）技术因其单分子级灵敏度成为解决方案，但现有基底的制备成本高、均匀性差。

为解决这一难题，CSIR-先进材料与工艺研究所的Keshendra Kumar团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，通过电沉积技术在硅基底上精准调控银纳米颗粒（AgNPs）的尺寸与分布。研究人员采用电流密度（0.1-0.7 mA/cm²）和沉积时间（3-7分钟）双变量控制，结合场发射扫描电镜（FESEM）和拉曼光谱表征，最终开发出高灵敏度SERS基底，并成功应用于实际污染物检测。

关键技术方法
研究以n型硅片为基底，通过电沉积法调控AgNO₃电解液的电流密度（0-0.7 mA/cm²）和反应时间（3-7分钟）合成AgNPs。利用FESEM分析形貌，以罗丹明6G（R6G）为探针分子评估SERS性能，最终检测三聚氰胺和亚甲蓝的痕量残留。

结果分析
Materials and reagents
采用5Ω cm电阻率的单晶硅片和高纯度AgNO₃，确保基底与反应物的稳定性。

Synthesis of Silver nanoparticle deposition by Electro-deposition
零电流条件下（化学沉积）生成的AgNPs粒径为50-110 nm且分散不均；而0.7 mA/cm²电流密度结合7分钟沉积（S_0.7,7）形成双层纳米结构，顶部颗粒产生3-5 nm间隙的“热点”，显著增强电磁场。

SERS analysis
S_0.7,7基底对R6G的检测限达10^-12 M，增强因子（EF）为10¹³，相对标准偏差（RSD）仅7.95%。对三聚氰胺和亚甲蓝的检测灵敏度分别突破10^-12 M和10^-8 M，低于国际安全标准。

Stability-related studies
64天后SERS信号衰减54.9%，表明基底在环境条件下具有实用稳定性。

结论与意义
该研究通过电沉积参数优化，实现了AgNPs尺寸与空间排布的精准控制，其产生的纳米级“热点”使SERS信号提升12个数量级。基底对两类污染物的检测能力远超现有技术，为环境监测和食品安全领域提供了低成本、高稳定性的解决方案。Vandana团队强调，该技术可扩展至其他重金属或有机污染物的检测，具有工业化应用潜力。