暨南大学表面等离子体共振传感器研究取得进展

[2018/6/7]

  近日，暨南大学理工学院罗云瀚课题组提出了使用二硫化钨纳米薄膜覆盖层进行增强型表面等离子体共振传感器。

  二硫化钨(WS2)是一种具有代表性的层状过渡金属二卤代酸(TMDC)材料，在高灵敏传感器中具有重要的应用前景。在这里，研究人员提出了一种具有WS2纳米薄膜覆盖层改进的金属膜的灵敏度增强表面等离子体共振(SPR)传感器。SPR灵敏度与WS2覆盖层的厚度有关，其可以通过涂覆不同浓度的WS2乙醇悬浮液或重复后涂覆的次数来调整。由于其大的表面面积、高的折射率和独特的光电性能，涂覆在金膜上的WS2纳米片覆盖层显著提高了传感灵敏度。通过将WS2悬浮液涂覆一次，他们在实验中取得了较高的灵敏度(高达2459.3 nm/ RIU)。与没有WS2覆盖层的情况相比，该结果显示灵敏度提高了26.6%。研究人员分析和讨论了WS2纳米薄膜覆盖层对传感性能改善的影响。此外，所提出的WS2 SPR传感器在折射率范围为1.333到1.360之间的线性相关系数为99.76%。除了灵敏度增强之外，WS2纳米片覆盖层还能够显示额外的优点，例如保护金属膜免受氧化、共振波长区域的可调谐性、生物相容性、蒸气能力和气敏性。

  近年来，由于二元过渡金属二卤化物(TMDC)，如二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)，由于其具有独特的电学、光学、等离子体、电化学和电催化性能性质的原子薄层结构，在各学科之间的关注度越来越大。WS2具有由共价连接的S- W-S单层形成的六方晶体结构，并通过弱范德瓦尔斯力叠加。WS2单层包含一层钨原子，其具有六重协调对称性，其对称地填充在两个硫原子的三角原子层之间。因此，作为新出现的2D层状纳米材料之一的WS2被认为是石墨烯类材料。有许多用于TMDC合成的技术，如化学气相沉积、机械剥落和液相剥离方法。作为一种典型的TMDC材料，WS2具有强的光致发光、大的光响应性、高密度的电子态、可见光到近红外光谱中的大量带隙，以及高的表面与体积和层相关的电子和光学性质，使其成为一个有前途的材料。为开发新的生物和化学传感器和传感应用提供许多机会。例如，据报道，等离子体辅助合成WS2薄膜对NH3的存在具有高灵敏度，这表明二维WS2膜用于电化学气敏应用的潜力。有文献报道了一种用于小分子-蛋白质-受体相互作用超灵敏检测的新型纳米WS2纳米传感器，其灵敏度高达5.3 pmol/L。包裹在维纳光纤的锥形区域上，WS2纳米薄膜已经被提出用于增强湿度感测。

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