Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 902–909
SERS substrates based on opal films with gold coating
Mikhail O. Astafurov – Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Elena V. Perevedentseva – P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Nikolay N. Melnik – P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Alexander E. Baranchikov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Sergey G. Dorofeev – Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Alexander A. Ezhov – Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Anastasia V. Grigorieva – Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Sergey O. Klimonsky – Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Corresponding author: Sergey O. Klimonsky, klimonskyso@my.msu.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-6-902-909
ABSTRACT Substrates for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) were fabricated by gold sputtering onto surface of synthetic opal films and their characteristics were studied at wavelengths λ = 532 and 785 nm. Synthetic opal films were fabricated by self-assembly of spherical SiO2 particles on vertical substrates. It was found that at the concentration of the analyte methylene blue equal to 10-5 M the intensity of SERS at the wavelength of 785 nm increased with increasing amount of sputtered gold up to a certain optimal thickness exceeding 35 nm, while at the concentration of 10-6 M this dependence was not observed. It is assumed that this is due to the complex amount-dependent morphology of the sputtered gold coating and the presence of “hot spots” of different strengths. For the best samples at a wavelength of λ = 785 nm, the SERS enhancement factor was of 7·104 and a detection limit for methylene blue reached 3·10-7 M that exceeds the results published for similar substrates previously. The SERS parameters obtained for λ = 532 nm were less attractive, despite the additional enhancement due to this wavelength was at the edge of the photonic stop-band.
KEYWORDS silica opal, gold coating, Surface-Enhanced Raman spectroscopy
ACKNOWLEDGEMENTS The authors are grateful to the Russian Science Foundation for financial support of the present research (Grant No. 23-23-00252). This work was partially performed using the scanning probe microscope NT-MDT NTEGRA Prima upgraded up to NT-MDT NTEGRA II by Nova SPb from Program for the Development of Moscow State University. Scanning electron microscopy was performed using the equipment of the JRC PMR IGIC RAS. The authors also thank Daniil Kozlov for assistance with electron microscopy.
FOR CITATION Astafurov M.O., Perevedentseva E.V., Melnik N.N., Baranchikov A.E., Dorofeev S.G., Ezhov A.A., Grigorieva A.V., Klimonsky S.O. SERS substrates based on opal films with gold coating. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 902–909.
[In Russian] Астафуров М.О., Переведенцева Е. В., Мельник Н. Н., Баранчиков А. Е., Дорофеев С. Г., Ежов А.А., Григорьева А. В., Климонский С. О.
Подложки для спектроскопии ГКР на основе опаловых пленок с золотым покрытием
АННОТАЦИЯ Подложки для гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) были сформированы с помощью напыления золота на поверхность пленки синтетического опала, и их свойства были изучены при длине волны λ = 532 и 785 нм. Пленки синтетического инвертированного опала были сформированы методом самосборки сферических частиц на вертикально SiO2 ориентированных подложках. Было обнаружено, что при концентрации аналита метиленового синего порядка 10-5 M интенсивность ГКР при длине волны возбуждающего лазера 785 нм растет с увеличением количества нанесенного золота до определенной оптимальной толщины, превышающей 35 нм, в то время как при концентрации аналита 10-6 M такой зависимости не наблюдается. Предполагается, что это связано со сложной морфологией нанесеннего золотого покрытия, зависящей от количества вещества, и присутствия «горячих точек» различной силы. Для лучших образцов на длине волны λ = 785 нм коэффициент усиления ГКР составлял 7∙104 и предел обнаружения метиленового синего составлял 3∙10-7 M, что превышает результаты, опубликованные ранее для подобных подложек. Параметры ГКР для длины волны λ = 532 нм были менее яркими, несмотря на дополнительное усиление за счет попадания длины волны лазера в край фотонной стоп-зоны.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Опал диоксида кремния, покрытие золота, микроструктура, «горячие точки», гигантское комбинационное рассеяние
