通过高熵合金气凝胶中的D带工程实现原子轨道驱动的SERS增强效应

表面增强拉曼光谱（SERS）与高熵合金气凝胶（HEAAs）的d带工程机制研究，揭示Mn-3d轨道介导电荷转移实现电压调控的SERS增强，支持催化中间体捕获和5nM铀检测，建立原子轨道工程与多功能SERS基体设计的关联。

　　

摘要

理解材料-分子界面处的原子轨道级相互作用对于推进表面增强拉曼光谱（SERS）技术至关重要。虽然传统机制主要关注电磁效应或界面电荷转移（CT），但多金属系统中轨道杂化的作用仍尚未得到充分探索。本文提出了一种通过工程化高熵合金气凝胶（HEAAs）实现d带介导的电荷转移机制。通过一步共还原法合成的面心立方结构AuAgCuMnInBi HEAAs能够实现对结晶紫的超灵敏SERS检测。态密度分析表明，Mn-3d轨道连接了电子库（Au/Ag/Cu）和In/Bi-p轨道，从而实现了高效的电荷离域。在MnInBi子系统中可调节电压的SERS信号证实了d带依赖的电荷转移增强效应。除了分子传感之外，该机制还允许直接捕获活性中间体（如OH·、O₂·^–）以及检测5 nM级别的铀，将SERS增强动力学与催化途径的阐明联系起来。这些发现确立了d带工程化作为设计多功能SERS基底的范例，实现了原子尺度电子相互作用与超灵敏传感及催化机制阐明的结合。

图形摘要

本研究首次提出了一种基于d带介导的电荷转移机制来增强SERS性能，并在多种成分的高熵合金气凝胶（HEAAs）中得到了验证。通过原子轨道工程，利用Mn-3d⁵电子注入实现了可调节电压的信号输出、对催化中间体（OH·/O₂·^–）的原位检测以及超灵敏的铀定量（5 nM级别）。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突