近日，中國科學院合肥物質(zhì)院健康所楊良保研究員課題組創(chuàng)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(yōu)異的生物分子相容性、可調(diào)的費米能級以及潛在的低成本材料制備等優(yōu)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(xiàn)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(xiàn)了相對于母體2H-TaS2有2個數(shù)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(chuàng)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(chǎn)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(fā)。
 

　　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(zhì)科學研究院院長基金等資助。
 

圖：基于近鄰電子軌道耦合效應揭示Au-2H-TaS2的SERS增強原理