文章简介

溶液是物质转移和转化的主要媒介之一。周围溶剂环境的改变将显著影响溶质分子的存在状态，从而导致溶质分子物理、化学性质发生显著变化。特别是当溶质分子到达界面时，受到固/液两相间多种作用力的影响，其存在状态的演变过程将更为复杂，这种相间分子动态行为正是众多催化和生物过程的关键。因此，在痕量水平全面理解溶质分子存在状态在两相间的演化，对环境监测、药理学、免疫学和化学传感等多个领域至关重要。然而，受限于传统表征技术的灵敏度和分辨率，人们对于体相溶液中溶质分子存在状态的理解仍停留于微量水平，痕量溶质及其在界面上的存在状态和演化机制亟待探索。

在本研究中，作者利用表面增强拉曼光谱 (SERS)、动态光散射和紫外可见消光光谱以及分子动力学模拟，首次揭示了在不同比例H2O/THF (MeOH) 混合溶液中溶质 (苯系物类分子) 存在状态的特殊演化机制：痕量水平 (μg/L) 溶质分子的存在状态受溶液微环境、溶质分子间相互作用和溶质分子与界面相互作用三者的协同调控(图1)。

图1. 多种相互作用决定溶质分子在界面上存在状态的示意图

值得一提的是，作者提出的聚集体模型解释了困扰SERS领域数十年的苯系物类弱吸附分子SERS信号异常增强的来源问题。通常认为这类分子在界面上呈现单分散的平躺构型，仅能提供弱信号，忽视了溶液微环境会主导其在界面上形成聚集体，其中部分呈现垂直/倾斜构型的分子，能贡献强信号。同时，作者还观察到通过增加水/四氢呋喃混合溶剂中水的比重，能有效提高多氯联苯加氢脱氯效率的现象。结合气质、SERS和分子动力学模拟结果，作者推测有以下两点原因：1) 减少四氢呋喃分子可减少其与反应物 (多氯联苯分子) 在Pd催化剂表面的竞争吸附；2) 所形成的多氯联苯分子聚集体增加了Pd表面反应物浓度，加快了其与活性氢物种反应 (图2)。

图2. 聚集体提高SERS检测灵敏度及催化效率的示意图

该工作厘清了痕量水平溶质分子在固/液界面存在状态的特殊演化过程，强调了痕量物种聚集体模型对化学、生物过程研究产生的可能影响，也为阐明更多相关领域微/纳尺度界面动态行为提供新思路。

是由国际领先的拉曼研究组——厦门大学拉曼研究团队创立，是国家“十二五”专项“等离激元增强拉曼光谱仪器研发与应用”唯一的产业化单位，是首个国标《拉曼光谱仪通用规范》第一企业起草单位，是国家高新技术企业。由我司首席科学家刘国坤教授共同研究的“电化学表面增强拉曼光谱学研究”项目，于 2020 年 1 月 10 日获国家自然科学二等奖。

普识纳米承接厦门大学拉曼技术产学研合作，共建联合技术开发合实验室，借助高校第三方深厚的研发实力，促进新产品研发，研发速度和产品质量在行业内遥遥领先。公司基于厦门大学院士团队研发的表面增强拉曼核心技术，研发出的增强试剂，达到国际最高拉曼检测灵敏度，具有高灵敏度、高通量、高稳定性，操作简单的优势，配合普识纳米系列拉曼产品可以广泛应用于实验室分析以及现场的快速检测。