拉曼光谱是一种高特异性的分析技术，通过分子与光之间的非弹性散射产生特征光谱信息，反映分子的结构特征。然而，其固有的低信号强度严重限制了其在痕量检测与分析中的实际应用 [1], [2]。1974 年，Fleischmann 等人首次观察到，粗糙银电极表面上吡啶的拉曼信号被增强了 10? 个数量级 [3]。随后，Jeanmaire 等人对由贵金属（例如金、银和铜）粗糙表面引起的增强效应进行了系统的实验研究及理论计算，并将其称为表面增强拉曼散射（SERS）效应 [4], [5], [6], [7], [8]。SERS 是一种强有力的高灵敏光谱分析技术，能够实现直至单分子水平的超高灵敏度检测和无标记分析 [9], [10], [11], [12]，从而在催化、食品安全、环境监测及生物分析等领域具有广阔的应用前景 [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]。
高性能 SERS 基底的设计与制备是 SERS 技术实用化的关键 [20], [21], [22], [23], [24], [25]。尽管传统胶体基底制备简便、成本低廉，但其在 SERS 应用中存在关键局限：1) 纳米颗粒随机分布导致热点不均匀、信号重现性差；2) 胶体体系在电解质中易发生不可控团聚，影响增强一致性并导致信号随时间衰减；3) 表面配体可能与待测物吸附产生干扰。这些局限严重制约了其应用于高灵敏定量 SERS 检测的能力 [26]。相比之下，固态 SERS 基底通过在固体支撑体表面构建纳米颗粒，克服了胶体基底的稳定性局限 [27], [28], [29], [30], [31]。在各种制备策略中，自下而上的自组装方法无需大型仪器设施，因而更利于低成本制备和 SERS 基底的大规模制备 [32], [33], [34], [35], [36]。为进一步提高固态 SERS 基底的灵敏度，研究人员已将贵金属纳米颗粒组装到三维（3D）结构支撑体上，从而制备出 3D SERS 基底 [37], [38], [39], [40]。这些 3D SERS 基底具有较大的比表面积和丰富的目标分子吸附位点，同时能更有效地利用激光穿透深度，从而实现有效的 SERS 增强 [41]。Dong 等人通过界面自组装制备了 Au@Ag 纳米链/MXene/聚苯乙烯微球 SERS 基底，获得了更强的拉曼增强 [42]。Fang 等人通过界面自组装将带有尖端和凹陷特征的纳米金颗粒组装到 V 孔阳极氧化铝（AAO）上，其 SERS 信号强度是金纳米立方体单层的 33 倍 [43]。这些研究证实，具有不同形貌的 3D 结构可有效提升基底的 SERS 灵敏度。然而，支撑体形貌对 SERS 性能的影响仍然难以捉摸，这阻碍了超高灵敏 SERS 基底的理性设计。
本研究中，我们采用界面自组装方法，将具有多个尖锐顶点和棱边的金三八面体（Au TOH）沉积在具有不同形貌的支撑体上，包括硅片、聚苯乙烯（PS）微球阵列和微碗阵列。以 4-巯基苯甲酸（4-MBA）作为探针分子，系统地研究了 Au TOH 尺寸与基底形貌对 SERS 性能的影响。PS 微球阵列上最大的 Au TOH 单层表现出最强的 SERS 增强，这与有限差分时间域（FDTD）仿真所得电场分布结果一致。值得注意的是，优化后的 SERS 基底具有高灵敏度、均一性和稳定性，使其在茶叶样品中四聚乙腈的检测中具备实际应用潜力。总体而言，本工作阐明了支撑体形貌对 SERS 增强的调控机制，并为高性能 SERS 平台的构建提供了理论与实验基础。
