表面增强拉曼光谱（SERS）是一项可以将分子拉曼信号增大几个数量级的高灵敏光谱技术。自19世纪70年代被首次发现后，SERS获得了广泛的研究，并应用于生物化学分子检测、疾病诊断、环境监测、爆炸物检测、痕量材料分析、食品安全、法医检验等众多领域。通常，SERS技术通过“电磁机制”进行分子拉曼信号增强（如图1(a)），需要在贵金属材料等离子体纳米结构中的“热点”附近探测拉曼光谱，其增强因子可以高达1014倍，但此项技术在信号可重复性、生物样品适用性等方面面临一定的挑战。因此，寻求新的拉曼增强材料、探索新的拉曼增强机理、开发新的拉曼增强技术一直是科研工作者的关注重点。自2009年以来，以石墨烯为代表的二维材料获得了广泛的关注，与此同时，基于二维材料的SERS也成为了一个新兴的研究方向。相比贵金属材料等离子体纳米结构，二维材料利用“化学机制”进行分子拉曼信号增强（如图1(b)），具有荧光粹灭能力强、信号重复性好、生物样品适用范围广等优点，是近年来的研究热点。

图 1. SERS机制。(a) 电磁增强机制；(b) 化学增强机制。

在本论文中，天津大学刘铁根教授课题组的程振洲教授和胡浩丰教授等人综述了基于非石墨烯二维材料的SERS研究进展和前沿应用成果（图2）。首先，他们介绍了“电磁增强”和“化学增强”两种SERS机制；然后，比较了过渡金属硫化物（TMDs）、黑磷（BP）、氮化硼（h-BN）和过渡金属碳化物或碳氮化物（MXenes）等五种二维材料的物理化学性质，并归纳总结了上述五种二维材料及其异质结在SERS方面的研究历史和前沿进展；最后，从增强机制、材料调控、器件开发、应用拓展等方面对基于二维材料的SERS技术进行了前瞻性展望。

图 2. 基于石墨烯以外的二维材料SERS研究总结。

总之，二维材料在SERS的研究方面还处于起步阶段，拉曼增强机理、信号增强效果和样品检测范围有待进一步探索和提高，在实际应用方面还存在着广阔的发展空间。本综述论文系统总结了非石墨烯的二维材料在SERS领域的研究进展，从基本原理、材料的结构与性质、拉曼信号增强效果、研究前景等多个方面进行了系统的分析和总结，为二维材料、拉曼光谱、纳米技术和光谱检测应用等领域的科研工作者提供专业详尽的参考资料。

Surface-enhanced Raman spectroscopy chips based on two-dimensional materials beyond graphene

Enqing Zhang, Zhengkun Xing, Dian Wan, Haoran Gao, Yingdong Han, Yisheng Gao, Haofeng Hu, Zhenzhou Cheng, Tiegen Liu

J. Semicond. 2021, 42(5): 051001

doi:?10.1088/1674-4926/42/5/051001

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