我院張金龍教授課題組在TiO2高靈敏拉曼基底的研究中取得了突破性進展，他們的最新研究成果“Improved SERS Activity on Plasmon-Free TiO2 Photonic Microarray by Enhancing Light-Matter Coupling”在美國化學會的J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表（2014，DOI：10.1021/ja5052632,下載鏈接：http://pubs.acs.org/articlesonrequest/AOR-Nuvbzj9afTHKcBTXVwsB）。該工作由博士研究生綦殿禹、碩士研究生魯劉佳在張金龍教授和王靈芝副教授的共同指導下完成。
表面增強拉曼散射（Surface enhanced Raman scattering, SERS）被廣泛用于研究分子在表面、界面吸附形態(tài)及吸附動力學過程、監(jiān)測催化反應過程等。純半導體SERS基底活性較低，但可用于了解半導體界面的分子吸附狀態(tài)以及具有無貴金屬催化干擾的優(yōu)點。本文通過構(gòu)建反蛋白石結(jié)構(gòu)的TiO2光子晶體，使激光在TiO2光子晶體中形成多次散射（回音壁機理），提高光與物質(zhì)的作用效率，從而實現(xiàn)了拉曼信號的顯著增強(增強因子為104)。此外，基于課題組前期在利用TiO2反蛋白石的光子禁帶與入射光之間的耦合作用提高光催化劑光吸收效率的研究基礎(chǔ)(Applied Catalysis B: Environmental DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.06.020; Applied Catalysis B: Environmental DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.06.024)，本文首次通過調(diào)控光子禁帶位置，實現(xiàn)了對拉曼檢測靈敏度的精細調(diào)控，發(fā)現(xiàn)了拉曼活性與TiO2光子結(jié)構(gòu)禁帶效應和慢光效應之間的有機關(guān)聯(lián)。更為重要的是，由于TiO2反蛋白石對光的高利用率，該陣列具有較高的光催化活性，可以實現(xiàn)太陽光驅(qū)動下被檢測污染物的快速降解，使SERS基底具有良好的再生能力，可多次循環(huán)往復使用。這種基于增強光與物質(zhì)相互作用原理提高SERS檢測靈敏度的方法將有望顯著推動非等離子共振SERS基底的開發(fā)與應用。
近年來，張金龍教授課題組在TiO2光催化體系以及有機-無機功能材料的設(shè)計與制備等領(lǐng)域取得了一系列的研究成果，相關(guān)成果已連續(xù)發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2014,136: 5852-5855.;J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8746;Chem. Commun., 2014, 50, 6637-6640; J. Catal., 2013, 297, 236;Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 52, 6704; Chem. Comm., 2011, 47, 4947; ACS Nano, 2011, 5, 3447; Energy Environ. Sci., 2010, 3, 715等國際知名期刊上，引用次數(shù)達5000余次。