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有害小分子和重金属离子的快速、灵敏检测对公共安全、人类健康等极其重要,也是人们一直追求的目标。发展基于金属纳米结构材料的表面增强拉曼谱(SERS)的检测,有望实现这一目标。然而,由于小分子和重金属离子的拉曼散射截面太小,常规的SERS技术无法实现高效检测。针对这一关键问题,本论文提出了基于薄层固态转变的SERS检测策略,开展了复合SERS衬底的设计与制备,研究了基于复合SERS衬底对有害气相小分子及溶液中的重金属离子的拉曼检测,设计了相关的检测器件、探索了实际应用等,取得了如下主要创新性成果。(1)提出了基于胶体静电自组装的颗粒表面超薄异质包覆的策略。发展了基于液相激光烧蚀一步完成贵金属纳米颗粒形成与表面超薄氧化物包覆的普适方法,实现了颗粒表面超薄氧化物的均匀包覆与壳层厚度人为控制。这为颗粒表面超薄氧化物的均匀包覆提供了简便的实现途径。(2)提出了基于硫脲诱导的壳层各向同性生长策略。通过在贵金属胶体溶液中加入适量的硫脲与金属离子,实现了贵金属纳米颗粒表面超薄硫化物的均匀包覆与壳层厚度精确控制。该策略具有普适性,可以实现金属颗粒表面各种硫化物薄层的均匀包覆。这一工作,为贵金属颗粒表面包覆均匀超薄硫化物提供了简便、可控的方法。(3)提出了基于复合SERS衬底表层异质固态转变的SERS检测策略。以氧化物、硫化物等超薄敏感层包裹的金纳米颗粒为复合SERS衬底,成功实现了气态小分子(如:H2S、CS2和HCl)和溶液中典型重金属离子(如:Cu2+ Cd2+和Hg2+等)的基于SERS的高效检测,大大拓展了基于SERS痕量检测的应用范围。(4)建立了基于薄层固相转变的SERS技术。该技术具有普适性,适用于痕量检测各种有害气态小分子;通过与加热芯片相结合,具有良好的便携性,并适合于在室温及以上的温度下的高效检测;这种技术还具有快速响应与超高灵敏性,可实现分钟级别的响应速率与ppt量级的灵敏度。具备了高的实际应用价值。(5)提出了电学响应触发SERS识别的实时气相监测新思路。设计了基于异质包覆贵金属纳米颗粒的新型监测敏感器件,将电学气敏与SERS技术相结合,实现了对某些有害气体分子的精准识别与高灵敏监测。这一工作为气体分子精准实时监测提供了新的灵便方法。相信本工作为小散射截面的待测物质的SERS检测提出了一个高效的方法,即ULST-SERS。这种方法具有很强的实际应用价值和巨大的应用前景。并且,基于薄层固相转变的SERS技术是继常规SERS、TERS、SHINERS之后的又一重要进展。