【學術亮點】Magnetically controllable curly-sliced SERS substrates with 3D hot spots
Facility Agriculture: Application of Solar Facilities in Agriculture【Department of Materials Science Engineering / Song, Jenn-Ming / Professor】
設施農業：光能設施於農業固碳之應用【材料科學與工程學系/宋振銘 教授】
| 論文篇名 | 英文：Magnetically controllable curly-sliced SERS substrates with 3D hot spots 中文：具有 3D 熱點的磁控捲曲切片 SERS 基底 |
| 期刊名稱 | Surfaces and Interfaces |
| 發表年份,卷數,起迄頁數 | 2025,72, no.107342 |
| 作者 | Chen, Wei-Ting; Tsai, Wan-Shao; Chen, Shih-Yun; Yasuda, Kiyokazu; Song, Jenn-Ming(宋振銘)* |
| DOI | 10.1016/j.surfin.2025.107342 |
| 中文摘要 | 在磁場的輔助下，結合獨特的形狀，首次提出並開發了一種創新且高度靈敏的混合卷曲切片 SERS 基板。該基板是通過噴霧熱解法及隨後的沉積過程製備的。基板由卷曲切片的氧化鐵（Fe₃O₄）構成，擁有高表面積、高曲率及優異的懸浮能力，表面覆蓋有二氧化矽（SiO₂）薄膜，並在 SiO₂ 表面分散有銀納米顆粒（Ag NPs）。此混合基板可以通過磁場進行操控並可重複使用。銀納米顆粒分佈於基板的內外表面，啟動了三維表面等離子共振（SPR）效應，最大化了熱點效應以增強拉曼信號。為了優化表面增強拉曼散射（SERS）性能，我們改變了前驅體溶液的組成、噴霧速度及銀納米顆粒的特性，並研究了這些變化的效果。這種新開發的混合卷曲切片 SERS 基板展現出低至 10⁻¹¹ M 的檢測限（LOD），並且在 8 次重複循環測試後僅損失了 32%。此外，經過儲存穩定性測試後，該基板顯示出優異的穩定性，顯示出其在實際應用中的巨大潛力。 |
| 英文摘要 | With the assistance of magnetism and uniqueness in shape, an innovative highly sensitive hybrid curly-sliced SERS substrate was proposed and developed for the first time using spray pyrolysis and subsequent depositions. The substrates were based on a curly-sliced iron oxide (Fe3O4), with a high surface area, high curvature, and excellent suspension ability, covered by a silicon dioxide film and silver nanoparticles (Ag NPs) dispersed on the SiO2 surface. This hybrid substrate was magnetically manipulable and reusable. The silver nanoparticles were loaded on both the inner and outer surfaces to initiate a three-dimensional surface plasmon resonance (SPR) effect, which maximized the hot spot effect to enhance the Raman signals. To optimize the surface-enhanced Raman scattering (SERS) performance, the composition of precursor solutions, spraying speed, and the characteristics of Ag NPs were varied and the effects were investigated. This newly developed hybrid curly-sliced SERS substrate exhibited a low limit of detection (LOD) down to 10–11 M, and showed only a 32 % loss after 8 repetitive recycle tests. It is also verified that this SERS substrate possessed excellent stability in storage, indicating great potential for practical applications. |
| 發表成果與本中心研究主題相關性 | 該 SERS 基板能夠透過表面增強拉曼散射技術，實現對微量化學物質的靈敏檢測。這一特性使其成為理想的工具，可以應用於農業及畜牧排放物的監測。例如，該技術可用來檢測農業活動中排放的二氧化碳及其他溫室氣體，進行及時監控，並為後續的碳捕集和轉化提供數據支持。此外，該基板的磁性可操控特性也與「減少大量碳排放的電力使用」和「直接轉換農牧排碳為可用能源」的減碳技術相契合。基於磁場的操作，這種基板可以輕易地與其他催化過程集成，例如在固碳技術中的催化劑反應。這使得該基板在提升碳捕集效能、增強反應速率和提高能源轉換效率方面具有潛力，對於未來農業綠能技術的發展有著重要的應用前景。因此，這篇 SERS 基板的技術與碳捕集和能源轉換研究相互呼應，共同為實現更高效、可持續的農業減碳與能源利用貢獻力。 |
