In Situ Surface Restraint-Induced Synthesis of Transition-Metal Nitride Ultrathin Nanocrystals as Ultrasensitive SERS Substrate with Ultrahigh Durability

材料科学 耐久性 纳米晶 基质(水族馆) 纳米技术 原位 过渡金属 氮化物 纳米颗粒 金属 图层(电子) 复合材料 冶金 催化作用 化学 生物化学 地质学 有机化学 海洋学
作者
Damin Liu,Wencai Yi,Yanling Fu,Qinghong Kong,Guangcheng Xi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 13123-13133 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05914
摘要

It is a major challenge to synthesize crystalline transition-metal nitride (TMN) ultrathin nanocrystals due to their harsh reaction conditions. Herein, we report that highly crystalline tungsten nitride (W2N, WN, W3N4, W2N3) nanocrystals with small size and excellent dispersibility are prepared by a mild and general in situ surface restraint-induced growth method. These ultrafine tungsten nitride nanocrystals are immobilized in ultrathin carbon layers, forming an interesting hybrid nanobelt structure. The hybrid WN/C nanobelts exhibit a strong localized surface plasmon resonance (LSPR) effect and surface-enhanced Raman scattering (SERS) effect, including a lowest detection limit of 1 × 10-12 M and a Raman enhancement factor of 6.5 × 108 comparable to noble metals, which may be one of the best records for non-noble metal SERS substrates. Moreover, they even can maintain the SERS performance in a variety of harsh environments, showing outstanding corrosion resistance, radiation resistance, and oxidation resistance, which is not available on traditional noble metal and semiconductor SERS substrates. A synergistic Raman enhancement mechanism of LSPR and interface charge transfer is found in the carbon-coated tungsten nitride substrate. A microfluidic SERS channel integrating the enrichment and detection of trace substances is constructed with the WN/C nanobelt, which realizes high-throughput dynamic SERS analysis.
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