近期，我小组人员针对可识别的实时气体监测中的关键问题，将快速响应、可实时的电导型气敏传感技术与具有指纹特性的表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)技术相结合，进行取长补短，提出双模式的监测新思路，实现了若干典型有害气体的可识别的实时气体监测。相关结果以“Conductometric Response-Triggered Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Accurate Gas Recognition and Monitoring Based on Oxide-wrapped Metal Nanoparticles”为题、以封面文章的形式发表在ACS Sensors (2020,DOI: 10.1021/acssensors.0c00188)期刊上。

有害气体（如硫化氢、一氧化碳、硫醇、沙林等）的高效监测对人类的生命健康、和公共安全等是十分重要的。由于现有的传感技术大多缺乏对目标气体的特异性识别或难以满足实时监测的要求，准确、高效的气体监测仍然是一个挑战。为此，固体所蔡伟平研究员课题组提出了一种基于超薄氧化物包裹的贵金属纳米粒子的电导响应触发SERS识别的监测新策略，在该监测中，贵金属上的氧化物包裹层可以与目标气体分子相互作用并产生电导响应，而贵金属纳米粒子具有很强的SERS活性，可以实现目标分子的准确识别。在实施过程中，电导型的气敏传感贯穿于整个监测过程，一旦产生电导响应，就会触发SERS测量，SERS测量能够准确识别目标分子，从而实现气体监测。研究人员利用超薄二氧化锡层包裹的金纳米颗粒构筑的薄膜实现了对2-苯基乙硫醇（一种挥发性有机污染物）的可识别的实时监测，验证了该方法的可行性。进一步的结果表明，该监测方法快速、准确、可量化、监测限大约在ppm量级。虽然，这种监测技术目前主要适用于尺寸较大或拉曼截面较大的分子，但是，原则上，它应该可以监测各种气体只要选择合适（可捕获目标分子并与之相互作用）的氧化物包裹层。

该项工作建立了电导响应触发的SERS，利用氧化物层包裹的贵金属纳米颗粒构筑的薄膜对气体分子进行准确识别和实时监测。此外，它还可以为研究功能薄膜与气体分子间的界面相互作用提供一个有效的方法或平台，对加深对气体传感的认识具有重要意义

该项工作得到了国家自然科学的基金、科技部重点研究开发计划、以及中国博士后科学基金会资助。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.0c00188

图1.(a)：电导响应触发SERS识别的工作逻辑；(b)：超薄氧化物包裹贵金属颗粒膜器件的工作原理；(c)：测试的监测平台的示意图。

图2. 基于二氧化锡层包裹的金颗粒薄膜的气态2-苯基乙硫醇（100 ppm）的电导响应(a)和SERS信号(b)，测试温度为100°C。第I和第II阶段：注入气体之前和之后；第III阶段：放气后。