二维超薄氧化钼/原位钙钛矿纳米颗粒增强拉曼散射性能的应力调控机制与界面工程研究

本文系统研究了在钙钛矿表面沉积超薄MoOx膜层通过应力调控增强拉曼散射性能的机制。通过优化MoOx厚度诱导产生粗糙皱褶结构，增加"热点"密度，使CH3NH3PbBr3@MoOx基底实现1.12×104的SERS增强因子和10?8 mol/L的检测限，为半导体SERS基底开发提供新策略。

　　

^?Highlight^?

通过精确控制超薄MoO_x膜层厚度，成功实现了钙钛矿表面残余应力的有效调控，诱导形成独特的块状皱褶形貌。这种形态工程显著增加了表面增强拉曼散射（SERS）的"热点"密度，为拉曼信号增强提供了理想平台。

^?材料表征^?

原子力显微镜（AFM）三维图像显示，随着MoO_x膜层厚度增加，表面粗糙度呈现先增后减的有趣趋势。当膜厚为5纳米时，表面粗糙度达到峰值0.866纳米，此时样品表面形成最为显著的皱褶结构，这种特殊的形貌特征为拉曼信号增强提供了理想的物理基础。

X射线光电子能谱（XPS）分析揭示了材料界面的化学奥秘。在Mo 3d光谱中，我们观察到钼元素呈现混合价态特征，其中Mo⁶⁺和Mo⁵⁺共存的现象表明材料中存在丰富的氧缺陷。这些缺陷位点不仅参与了应力释放过程，更为电荷转移提供了便捷通道，极大地增强了拉曼散射效应。

^?拉曼光谱分析^?

拉曼光谱检测发现了两个令人兴奋的特征峰位移：在912 cm^?1附近出现的位移对应CH₃NH₃⁺的摇摆振动模式，而在968 cm^?1附近的位移则来自C-N对称伸缩振动。这些位移现象直接证明了有机-无机框架间的氢键相互作用发生了显著变化，反映了应力调控对材料分子结构的深刻影响。

^?SERS性能评估^?

以亚甲基蓝（MB）为探针分子，CH₃NH₃PbBr₃@MoO_x复合材料展现出卓越的SERS性能。实验测得分析增强因子高达1.12×10⁴，检测灵敏度达到10^?8 mol/L的惊人水平。更令人鼓舞的是，时域有限差分（FDTD）模拟结果与实验数据高度吻合，验证了我们的设计理念的正确性。

^?Conclusion^?

本研究通过缺陷工程和形貌控制深化了对半导体SERS基底的理解。MoO_x沉积有效调控了钙钛矿薄膜中的残余应力，引起拉曼光谱显著位移，建立了薄膜形态、应力调制和信号增强之间的直接联系。我们开发了一种无需试剂的室温制备(111)取向钙钛矿薄膜新方法，随着表面层厚度增加，应力释放诱导形成均匀粗糙表面，显著增强了拉曼散射性能。