田中群院士：拉曼光谱技术的发展前景

点击次数: 633 发布时间：2008年11月14日

纪念我国光谱事业30年，第十五届全国分子光谱学学术会议专家采访报道：

记者：田老师，我国的分子光谱学术会议经历了三十年发展历程，分子光谱事业取得了很大的进步，无论是科技队伍，还是科研领域，服务的部门，都有了很大的发展。那么在这种情况下，田老师，您能不能从科研的角度，来介绍一下光谱技术，尤其是拉曼光谱技术在今后的发展方向，或者是有没有新的突破点？

田院士：大家知道拉曼光谱在最近这些年发展还是比较快的，应该来说是受益于两方面吧。一方面是激光技术的发展，我最近参加了在英国伦敦召开的第21届国际拉曼光谱大会，感受到现在基于超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟了。这种高精尖和需要昂贵设备的技术，原来仅有很少几个单位可以搞。特别是激光部分都是靠自己搭建，每天还得调，很不稳定，现在这个状况已经不存在了，而且仪器的价格相对也比较低。现在国际上推出的从事非线性光谱研究的超快(飞秒或皮秒)激光器，技术上已经达到比较成熟地步，可以成套购买，也较稳定。非线性拉曼光谱技术已经在生命科学领域研究中发挥它的独特和重要作用。例如，美国哈佛大学的谢晓亮教授在开拓并运用相干反斯托克斯拉曼光谱显微学（CARS Microscopy）研究活细胞内部三维结构方面取得一系列重要成果。我觉得高质量的超快激光器还推动了另一个极具前途的表面光谱技术，就是合频（SFG）技术的发展，它作为具有独特的界面选择性的非线性光谱方法，已经在界面和表面科学、材料乃至生命领域研究中发挥着越来越重要的作用。

第二个重要方面就是纳米科技的迅猛发展，它使得基于纳米结构的表面增强拉曼光谱（SERS）和针尖增强拉曼光谱（TERS）在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步，推动拉曼光谱成为迄今很少的、可达到单分子检测水平的技术。现在不论是拉曼光谱刊物，还是拉曼光谱会议，SERS都是一个最受关注的内容。在近几届的国际拉曼光谱会议上，SERS分会都是最大的分会。近几年，有关SERS的论文数量也呈显著的上升趋势。SERS和TERS不仅仅在表面科学研究领域，而且在生命科学领域将具有很大的发展潜力，由此可以为研究各类重要的生命科学体系和解决基本问题作出贡献。拉曼光谱相对于红外光谱，其优势之一体现在用拉曼研究水溶液中比较方便，而生命科学的许多研究往往需要的水溶液环境。共振拉曼、表面增强拉曼和非线性拉曼光谱以及它们的联用将成为生命科学前沿领域具有重要价值的研究方法，因为21世纪是生命科学的世纪，我以为也是纳米技术和激光技术的世纪，因此我觉得拉曼光谱的发展和应用是大有可为的。

田中群院士

记者：现在用拉曼光谱进行单分子检测方面能做到什么程度？

田院士：与荧光光谱相比，单分子拉曼技术对于所测分子的要求还是比较苛刻，所以目前能测到的单分子水平的分子体系很有限，目前基本上不可能研究仅有表面增强而没有共振增强效应的分子，往往需要采用表面增强共振拉曼光谱（SERRS），才能达到单分子检测水平。这方面美国Emory大学的聂书明教授在开拓并运用单分子表面增强拉曼研究方面获得一批重要成果，并对表面活性位的吸附行为及其化学增强因子都作了详细分析。由于具有共振增强拉曼效应的分子较少，且往往比较容易光分解。所以，要找到几个很好的体系是关键，这样才可以很系统、很深入的开展研究。虽然适合这些体系的比较有限的。但是，随着各种激光和纳米技术的发展以及一些新方法的(包括非线性光谱)应用，这样的分子体系有望进一步扩大。这是很具有挑战性的工作，对于年轻学者也是一个可以发挥其创新能力，体现原创思路的前沿领域。

附：田中群院士简介

田中群，物理化学家。厦门大学教授，固体表面物理化学国家重点实验室主任。1955年生于福建厦门。1982年毕业于厦门大学化学系，1987年获英国南安普敦大学化学系博士学位。1999获香港求是基金会“杰出青年学者奖”，2001年被聘为长江学者计划特聘教授，2001年获中国高校科学技术进步一等奖。2005年当选为中国科学院院士。现为英国皇家化学会资深会员(Fellow)，国际拉曼光谱大会执行委员会委员，中国化学会常务理事。担任ChemComm., JPC, Langmuir, J. Raman Spectroscopy、Phys. Chem. Chem. Phys.和《中国科学》等杂志的顾问编委或编委。

　　主要研究方向为表面增强拉曼光谱、谱学电化学、纳米电化学。主要深入研究了SERS效应和一些电化学基本问题以及具有重要应用背景的电化学体系；从方法学的角度, 发展电化学拉曼光谱的实验及理论研究方法和建立有关联用技术，系统研究有关检测灵敏度、光谱分辨率、时间分辨率和空间分辨率等方面的问题；并开展电化学纳米加工和制备研究。获得了多种纯过渡金属体系的表面增强拉曼散射(SERS)光谱谱图，证实了VIII B族过渡金属具有弱SERS效应，并应用于各种电化学体系；应用不受谱仪检测器分辨率限制的时间分辨拉曼光谱技术，建立了电位平均拉曼光谱新方法；还发展了在微芯片上用电化学构造电极纳米间隔的技术，建立SERS与机械断裂可研究芯片分子结的联用技术。已发表SCI论文200余篇，应邀为Wiley & Sons撰写Surface Enhanced Raman Spectroscopy专著，应邀为Wiley & Sons的分析化学大全、Wiley & VCH的电化学大全上撰写了有关章节,为Chem. Comm.和J. Physical Chemistry撰写了Feature Article和为Chem. Soc. Rev. 及Annual Review of Physical Chemistry撰写了综述文章。　　

代表性论著：

Electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy of nanostructures, Chemical Society Reviews, 37(5) 1025-1041 2008.

Epitaxial Growth of Heterogeneous Metal Nanocrystals: From Gold Nano-octahedra to Palladium and Silver Nanocubes, Journal of the American Chemical Society, 130: 6949-6951, 2008

Expanding generality of surface-enhanced Raman spectroscopy with borrowing SERS activity strategy. Chemical Communications (Feature Article) , (34): 3514-3534 SEP 14 2007

A Controllable Electrochemical Fabrication of Metallic Electrodes with a Nanometer/Angstrom-Sized Gap Using an Electric Double Layer as Feedback, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 1265-1268. Adsorption and reaction at electrochemical interfaces as probed by surface-enhanced Raman spectroscopy, Annual Review of Physical Chemistry, 2004, 55,197-229.

Synthesis and properties of tadpole-shaped gold nanoparticles, Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(31), 9470-9471. Surface-enhanced Raman scattering in the ultraviolet spectral region: UV-SERS on rhodium and ruthenium electrodes, Journal of the American Chemical Society, 2003, 125(32), 9598-9599.

Raman Spectroscopy of Electrode Surfaces. in Encyclopedia of Electrochemistry (Eds. A J. Bard and M. Stratmann), Wiley & VCH, Vol. 3, Chapter 6, Feb. 2003, 572-659.

Surface-Enhanced Raman Scattering: From Noble to Transition Metals and from Rough Surfaces to Ordered Nanostructures, Journal of Physical Chemistry B, (Feature Article), 2002, 106(37), 9463-9483.

核心关键词：光谱