Fabrication of Ag/Au Nanowires Array as a SERS Substrate for High-sensitivity Malachite Green Detection

doi:10.7503/cjcu20210731

Abstract

Abstract:

In this work， Au nanowires（Au NWs） array was prepared through a seed-mediated soft template growth method， in which the morphology and structure of the Au NWs array can be controlled by adjusting the growth temperature. Silver nanoparticles（Ag NPs） were modified on the Au NWs array cleaned with sodium borohydride （NaBH₄） to prepare the silver/gold nanowires（Ag/Au NWs） array as the surface enhanced Raman scattering（SERS） substrate. The SERS performance of Ag/Au NWs array was investigated by testing rhodamine 6G（R6G）， a Raman probe molecule. The results indicate that Ag/Au NWs array as SERS substrate showed high sensitivity， excellent signal homogeneity and good stability. In the detection of malachite green in water， Ag/Au NWs array exhibited low detection limit of 1×10^-8 mol/L， and a wide linear range from 1×10^-8 mol/L to 1×10^-4 mol/L. In addition， NaBH₄ can remove adsorbed molecules on Ag/Au NWs array without affecting SERS performance， which allowing the SERS substrate to be recyclable. Reliable recovery rate obtained in real sample tests indicate that Ag/Au nanowires array has great potential in SERS detection of malachite green in environmental water.

Key words: Array, Au nanowires, Malachite green, Surface enhanced Raman scattering（SERS）

CLC Number:

O657

TrendMD:

XIA Dacheng, ZHOU Rui, TU Bo, CAI Zhiwei, GAO Nan, JI Xiaoxu, CHANG Gang, REN Xiaoming, HE Yunbin. Fabrication of Ag/Au Nanowires Array as a SERS Substrate for High-sensitivity Malachite Green Detection[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210731.

Figures/Tables 13

Fig.1 Schematic illustration of the preparation of the Ag/Au NWs array

Fig.2 SEM images(A, B) and Raman spectra(C) of Au NWs array before(A， a) and after(B， b) treated with NaBH4

Fig.3 SEM images of Au NWs array(A) and Ag/Au NWs array(B), TEM image of Ag/Au NWs array(C), SEM image of Ag/Au NWs array and EDS mapping(inset) of silver on Ag/Au NWs array(D) and SERS spectra of 1×10-4 mol/L R6G on Au NWs array and Ag/Au NWs array(E)

Fig.4 XRD patterns of Au NWs array(a) and Ag/Au NWs array(b)

Fig.5 Survey?scan XPS spectra of Au NWs array and Ag/Au NWs array(A), high?resolution spectra for Au4f of Au NWs array(B), Au4f of Ag/Au NWs array(C) and Ag3d of Ag/Au NWs array(D)

Fig.6 SEM images of Au NWs array prepared at 25 °C(A), 45 °C(B) and 65 °C(C)

Fig.7 SEM images of Ag/Au NPs(A) and Ag/Au NWs array prepared with Au NWs array as templates at 25 °C(B), 45 °C(C) and 65 °C(D)

Fig.8 SEM images of Ag/Au NWs array prepared with AgNO3 concentration of 0.025 mmol/L(A), 0.05 mmol/L(B), 0.15 mmol/L(C) and 0.3 mmol/L(D), SERS spectra of 1×10-4 mol/L R6G on Ag/Au NWs array prepared with different concentrations of AgNO3(E) and comparison of average Raman intensity of the peak at 610.3 cm-1 on Ag/Au NWs array prepared with different concentrations of AgNO3(F)

Fig.9 SERS spectra of 1×10-4 mol/L R6G on Au NPs and Au NWs array grown at different temperatures(A), comparison of average Raman intensity of the peak at 610.3 cm-1 on Au NPs and Au NWs array(B), SERS spectra of 1×10-4 mol/L R6G on Ag/Au NPs and Ag/Au NWs array prepared with Au NWs array grown at different temperatures(C) and comparison of average Raman intensity of the peak at 610.3 cm-1 on Ag/Au NPs and Ag/Au NWs array(D)

Fig.10 SERS spectra of 1×10-4 mol/L R6G from 15 random points(A) and Raman intensity change of R6G(1×10-4 mol/L) at 610.3 cm-1 on Ag/Au NWs array in 18 d(B)

Fig.11 SERS spectra of MG solution with different concentrations of 10-8—10-4 mol/L detected on Ag/Au NWs array(A) and linear correlation of Raman intensity at 1174 cm-1vs. the logarithm of MG concentration(B)

Table 1 Results for detection of MG in real samples(n=3)

Spiked/（mol·L^-1）	Found/（mol·L^-1）	RSD（%）	Recovery（%）
—	0	—	—
10^-5	1.14×10^-5	7.8	114
10^-7	9.77×10^-8	7.6	97.7

Fig.12 SERS spectra of 1×10-4 mol/L MG on newly prepared Ag/Au NWs array(a), used Ag/Au NWs array treated with NaBH4(b) and second test for 1×10-4 mol/L MG on Ag/Au NWs array treated with NaBH4(c)

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