近日，经过自主申报，研究院推荐，和学校组织专家组评审，我院2019级硕士生何启航同学获得2021年研究生优秀成果奖一等奖。何启航在导师张宇老师的指导下开展海洋环境重金属离子检测技术的研发并取得重要进展。该技术通过半导体纳米材料、二维石墨烯材料与荧光探针相结合，构建了一种用于水环境中重金属离子铅高精度检测的电磁和化学双增强可重复利用SERS传感芯片，并实现了重金属铅离子高灵敏检测，相关成果以“Reusable dual-enhancement SERS sensor based on graphene and hybrid nanostructures for ultrasensitive lead (II) detection”为题，发表于国际知名传感器类期刊Sensors and Actuators B: Chemical (2021, 341, 130031, IF=7.1)上。山东大学为独立通讯单位，韩琳教授和张宇副教授为通讯作者，何启航为第一作者。
该工作通过在多孔氮化镓表面集成单层石墨烯和金银杂化纳米结构，成功构建了双增强SERS基底。基于电磁增强和化学增强的协同共振拉曼效应，双增强SERS基底的增强因子可以达到3.85×108，相比于普通的金属纳米基底提升了1.63倍。同时，单层石墨烯提供的亚纳米平面进一步提高了基底的均匀性和稳定性，相对标准偏差小于9.73%。此外，时域有限差分(FDTD)模拟研究结果显示石墨烯可以与金属纳米粒子的局部表面电磁热点产生等离子体激元的共振耦合形成热点域。结合基底的这些优点，运用酶联反应原理对重金属铅离子(Pb2+)进行了高灵敏定量检测，可以实现10 pM - 100 nM的宽线性检测范围和4.31 pM的低检测限。此外在Pb2+检测的实际应用中，双增强SERS传感器不仅表现出良好的特异性和稳定性，还验证了SERS传感器的三次循环使用性，这直接降低了基底芯片的制备成本。该工作为海洋环境、海洋牧场、食品安全等领域的重金属离子检测提供了新型的高性能检测方法和技术基础。相关研究工作得到了国家重点研发项目、山东省杰出青年科学基金项目以及山东大学青年学科交叉团体项目的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130031