Enabling three-dimensional porous architectures via carbonyl functionalization and molecular-specific organic-SERS platforms

表面改性 拉曼光谱 材料科学 纳米技术 分子 分子间力 分子工程 化学工程 化学 有机化学 光学 物理 工程类
作者
İbrahim Deneme,Gorkem Liman,Ayse Can,Gökhan Demirel,Hakan Usta
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26385-7
摘要

Molecular engineering via functionalization has been a great tool to tune noncovalent intermolecular interactions. Herein, we demonstrate three-dimensional highly crystalline nanostructured D(C7CO)-BTBT films via carbonyl-functionalization of a fused thienoacene π-system, and strong Raman signal enhancements in Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) are realized. The small molecule could be prepared on the gram scale with a facile synthesis-purification. In the engineered films, polar functionalization induces favorable out-of-plane crystal growth via zigzag motif of dipolar C = O···C = O interactions and hydrogen bonds, and strengthens π-interactions. A unique two-stage film growth behavior is identified with an edge-on-to-face-on molecular orientation transition driven by hydrophobicity. The analysis of the electronic structures and the ratio of the anti-Stokes/Stokes SERS signals suggests that the π-extended/stabilized LUMOs with varied crystalline face-on orientations provide the key properties in the chemical enhancement mechanism. A molecule-specific Raman signal enhancement is also demonstrated on a high-LUMO organic platform. Our results demonstrate a promising guidance towards realizing low-cost SERS-active semiconducting materials, increasing structural versatility of organic-SERS platforms, and advancing molecule-specific sensing via molecular engineering.
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