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近日，中國科學院合肥物質院健康所楊良保研究員課題組創新地提出了基于近鄰電子軌道耦合效應的電磁場增強機制（如圖下），解釋了二維（2D）層狀材料Au-2H-TaS2用于表面增強拉曼散射（SERS）增強的機理。相關成果表在Nature index期刊之一的國際期刊The Journal of Physical Chemistry Letters上。
2D材料由于具有出色的熒光猝滅能力、優異的生物分子相容性、可調的費米能級以及潛在的低成本材料制備等優點，被認為是理想的無金屬SERS材料。然而，與貴金屬相比，2D材料的拉曼信號增強機制是以化學增強為主，且其增強因子比較低(通常低于103)。為了實現高SERS性能的目標，還需對混合金屬納米顆粒-2D材料或化學摻雜2D材料體系及其SERS增強機制進行深入研究。
鑒于此，楊良保研究員課題組利用單原子Au簇插層2H-TaS2，實現了相對于母體2H-TaS2有2個數量級的SERS增強效果。為了準確地闡明Au-2H-TaS2的SERS增強機理，研究人員建立了單原子層Au簇插層雙層2H-TaS2的模型（如圖上），并創新地提出了基于近鄰電子軌道耦合效應的電磁場增強機制。通過實驗分析和理論計算表明，Au表面的d軌道電子與鄰近的2H-TaS2存在耦合，增加了局域電子密度（如圖下），從而產生強的局域電磁場。該工作為非貴金屬化合物的SERS增強提供了新的見解，并指導了新的SERS底物的開發。
該工作的第一作者為健康所博士后翁士瑞，通訊作者為楊良保研究員。該項研究受到國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、安徽省博士后基金、合肥物質科學研究院院長基金等資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/10.1021/acs.jpclett.3c02225
圖：基于近鄰電子軌道耦合效應揭示Au-2H-TaS2的SERS增強原理
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