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Theoretical and Experimental Studies of Ti3C2 MXene for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy-Based Sensing
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-10-09 , DOI: 10.1021/acsomega.0c03009 Yusi Peng 1, 2 , Ping Cai 1, 2 , Lili Yang 1, 2 , Yingying Liu 1, 2 , Linfeng Zhu 3 , Qiuqi Zhang 4 , Jianjun Liu 1 , Zhengren Huang 1 , Yong Yang 1
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-10-09 , DOI: 10.1021/acsomega.0c03009 Yusi Peng 1, 2 , Ping Cai 1, 2 , Lili Yang 1, 2 , Yingying Liu 1, 2 , Linfeng Zhu 3 , Qiuqi Zhang 4 , Jianjun Liu 1 , Zhengren Huang 1 , Yong Yang 1
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Recent advances in MXenes with high carrier mobility show great application prospects in the surface-enhanced Raman scattering (SERS) field. However, challenges remain regarding the improvement of the SERS sensitivity. Herein, an effective strategy considering charge-transfer resonance for semiconductor-based substrates is presented to optimize the SERS sensitivity with the guidance of the density functional theory calculation. The theoretical calculation predicted that the excellent SERS enhancement for methylene blue (MeB) on Ti3C2 MXene can be excited by both 633 and 785 nm lasers, and the Raman enhanced effect is mainly originated from the charge-transfer resonance enhancement. In this work, the Ti3C2 MXenes exhibit an excellent SERS sensitivity with an enhancement factor of 2.9 × 106 and a low detection limit of 10–7 M for MeB molecules. Furthermore, the SERS enhancement of Ti3C2 and Au–Ti3C2 substrates exhibit higher selectivity on different molecules, which contributes to the detection of target molecules in complex solution environments. This work can provide some theoretical and experimental basis for the research on SERS activity of other MXene materials.
中文翻译：
基于表面增强拉曼光谱的传感Ti 3 C 2 MXene的理论和实验研究
具有高载流子迁移率的MXene的最新进展显示了在表面增强拉曼散射（SERS）领域中的广阔应用前景。然而，在提高SERS敏感性方面仍然存在挑战。在本文中，提出了一种有效的策略，考虑了基于半导体的基板的电荷转移共振，以在密度泛函理论计算的指导下优化SERS灵敏度。理论计算表明，633和785 nm激光都可以激发Ti 3 C 2 MXene上亚甲基蓝（MeB）的优异SERS增强作用，而拉曼增强效应主要来自电荷转移共振增强。在这项工作中，Ti 3 C 2MXenes具有出色的SERS敏感性，增强因子为2.9×10 6，对MeB分子的检测限较低，为10 – 7M。此外，SERS增强了Ti 3 C 2和Au-Ti 3 C 2底物对不同分子的选择性，这有助于在复杂溶液环境中检测目标分子。这项工作可以为其他MXene材料的SERS活性研究提供理论和实验依据。
更新日期：2020-10-21
中文翻译：
基于表面增强拉曼光谱的传感Ti 3 C 2 MXene的理论和实验研究
具有高载流子迁移率的MXene的最新进展显示了在表面增强拉曼散射（SERS）领域中的广阔应用前景。然而，在提高SERS敏感性方面仍然存在挑战。在本文中，提出了一种有效的策略，考虑了基于半导体的基板的电荷转移共振，以在密度泛函理论计算的指导下优化SERS灵敏度。理论计算表明，633和785 nm激光都可以激发Ti 3 C 2 MXene上亚甲基蓝（MeB）的优异SERS增强作用，而拉曼增强效应主要来自电荷转移共振增强。在这项工作中，Ti 3 C 2MXenes具有出色的SERS敏感性，增强因子为2.9×10 6，对MeB分子的检测限较低，为10 – 7M。此外，SERS增强了Ti 3 C 2和Au-Ti 3 C 2底物对不同分子的选择性，这有助于在复杂溶液环境中检测目标分子。这项工作可以为其他MXene材料的SERS活性研究提供理论和实验依据。
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