Charge-Selective Surface-Enhanced Raman Scattering Using Silver and Gold Nanoparticles Deposited on Silicon–Carbon Core–Shell Nanowires
Source abstract
Abstract
The deposition of silver (Ag) or gold (Au) nanoparticles (NPs) on vertically aligned silicon-carbon (Si-C) core-shell nanowires (NWs) produces sensitive substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). The undoped and 30% nitrogen (N)-doped graphitic layers of the C shell (avg thickness of 20 nm) induce a higher sensitivity toward negatively (-) and positively (+) charged dye molecules, respectively, showing remarkable charge selectivity. The Ag NPs exhibit higher charge selectivity than the Au NPs. The Ag NPs deposited on p- and n-type Si NWs also exhibit (-) and (+) charge selectivity, respectively, which is higher than that of the Au NPs. The X-ray photoelectron spectroscopy analysis indicates that the N-doped graphitic layers donate more electrons to the metal NPs than the undoped ones. More distinct electron transfer occurs to the Ag NPs than to the Au NPs. First principles calculations of the graphene-metal adducts suggest that the large electron transfer capacity of the N-doped graphitic layers is due to the formation of a N→Ag coordinate bond involving the lone pair electrons of the N atoms. We propose that the more (-) charged NPs on the N-doped graphitic layers prefer the adsorption of (+) charged dyes, enhancing the SERS intensity. The charge selectivity of the Si NW substrates can also be rationalized by the greater electron transfer from the n-type Si to the metal NPs.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications · Quantum Dots Synthesis And Properties · Copper-based nanomaterials and applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Chemistry, Korea University, Jochiwon Chungnam 339-700, Korea
Department of Nano and Advanced Materials, College of Engineering, Jeonju University, Chonju, Chonbuk 560-759, Korea
References (73)
Show source-provided references
1. Freeman R. G. · Science · 1995 · 267 · 162910.1126/science.267.5204.1629 ↗
2. Kneipp K. · Phys. Rev. Lett. · 1997 · 78 · 166710.1103/PhysRevLett.78.1667 ↗
3. Nie S. · Science · 1997 · 275 · 110210.1126/science.275.5303.1102 ↗
4. Campion. A. · Chem. Soc. Rev. · 1998 · 27 · 24110.1039/a827241z ↗
5. Michaels A. M. · J. Am. Chem. Soc. · 1999 · 121 · 993210.1021/ja992128q ↗
6. Chattopadhyay S. · Chem. Mater. · 2005 · 17 · 55310.1021/cm049269y ↗
7. Qiu T. · Nanotechnology · 2006 · 17 · 576910.1088/0957-4484/17/23/010 ↗
8. Fan J.-G. · Langmuir · 2008 · 24 · 1417210.1021/la802248t ↗
9. Zhang B. · Adv. Funct. Mater. · 2008 · 18 · 234810.1002/adfm.200800153 ↗
10. Becker M. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 7510.1021/nl0621286 ↗
11. Zhao X. · J. Mater. Chem. · 2009 · 19 · 554710.1039/b902883h ↗
12. Deng S. · Nanotechnology · 2009 · 20 · 17570510.1088/0957-4484/20/17/175705 ↗
13. Chen L. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 9310.1021/jp908423v ↗
14. Chu H. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1431010.1021/ja9035972 ↗
15. Sun Y. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 174710.1021/nl100170j ↗
16. Dawson P. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 36510.1021/nl102838w ↗
17. Bhatt K. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 388010.1021/nl101480n ↗
18. Panarin A. Y. · Appl. Surf. Sci. · 2010 · 256 · 696910.1016/j.apsusc.2010.05.008 ↗
19. Xie L. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 989010.1021/ja9037593 ↗
20. Ling X. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 55310.1021/nl903414x ↗
21. Jung N. · ACS Nano · 2010 · 4 · 700510.1021/nn102227u ↗
22. Yu X. · ACS Nano · 2011 · 5 · 95210.1021/nn102291j ↗
23. Xu H. · ACS Nano · 2011 · 5 · 533810.1021/nn103237x ↗
24. Huh S. · ACS Nano · 2011 · 5 · 979910.1021/nn204156n ↗
25. Gao L. · ACS Nano · 2009 · 3 · 93310.1021/nn8008799 ↗
26. Xu C. · Small · 2009 · 5 · 221210.1002/smll.200900548 ↗
27. Schedin F. · ACS Nano · 2010 · 4 · 561710.1021/nn1010842 ↗
28. Lee J. · ACS Nano · 2011 · 5 · 60810.1021/nn103004c ↗
29. Fu X. Q. · Nanoscale · 2010 · 2 · 146110.1039/c0nr00135j ↗
30. Goncalves G. · Chem. Mater. · 2009 · 21 · 479610.1021/cm901052s ↗
31. Wang Y. · Appl. Phys. Lett. · 2010 · 97 · 16311110.1063/1.3505335 ↗
32. Huang J. · Nanoscale · 2010 · 2 · 273310.1039/c0nr00473a ↗
33. Zhang Z. · Chem. Commun. · 2011 · 47 · 644010.1039/c1cc11125f ↗
34. Ren W. · ACS Nano · 2011 · 5 · 642510.1021/nn201606r ↗
35. Cho Y. J. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 373710.1021/jp112141f ↗
36. Li J. J. · J. Am. Chem. Soc. · 2003 · 125 · 1256710.1021/ja0363563 ↗
37. Lee H. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 422110.1021/nl902438d ↗
38. Park H. K. · Langmuir · 2006 · 22 · 162610.1021/la052559o ↗
39. Jensen L. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 475610.1021/jp067634y ↗
40. Hahn J. R. · Surf. Sci. · 2010 · 604 · 25810.1016/j.susc.2009.11.014 ↗
41. Xiao K. · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 861410.1021/ja042554y ↗
42. Wei D. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 175210.1021/nl803279t ↗
43. Guo B. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 497510.1021/nl103079j ↗
44. Jin Z. · ACS Nano · 2011 · 5 · 411210.1021/nn200766e ↗
45. Zhang C. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 102010.1002/adma.201004110 ↗
46. Soin N. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 536610.1021/jp110476m ↗
47. Qu L. · ACS Nano · 2010 · 4 · 132110.1021/nn901850u ↗
48. Wang Y. · ACS Nano · 2010 · 4 · 179010.1021/nn100315s ↗
49. Luo Z. · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 803810.1039/c1jm10845j ↗
50. Reddy A. L. M. · ACS Nano · 2010 · 4 · 633710.1021/nn101926g ↗
51. Wu Z.-S. · ACS Nano · 2011 · 5 · 546310.1021/nn2006249 ↗
52. Joeng H. M. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 247210.1021/nl2009058 ↗
53. Jeon I.-Y. · Chem. Mater. · 2011 · 23 · 398710.1021/cm201542m ↗
54. Czerw R. · Nano Lett. · 2001 · 1 · 45710.1021/nl015549q ↗
55. Kang H. S. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 233411(1–4)
56. Zhong Z. · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 291810.1021/cm070099+ ↗
57. Ghosh K. · Carbon · 2010 · 48 · 19110.1016/j.carbon.2009.09.003 ↗
58. Chen Z. · Carbon · 2010 · 48 · 305710.1016/j.carbon.2010.04.038 ↗
59. Cho Y. J. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 945110.1021/jp201485j ↗
60. Lin Y.-C. · Appl. Phys. Lett. · 2010 · 96 · 13311010.1063/1.3368697 ↗
61. Zheng B. · ACS Nano · 2010 · 4 · 416510.1021/nn1002425 ↗
62. Casolo S. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 325010.1021/jp109741s ↗
63. Lim S. H · Phys. Rev. B · 2006 · 73 · 04540210.1103/PhysRevB.73.045402 ↗
64. Choi H. C. · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 433310.1021/jp0453109 ↗
65. Lim S. H. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 19540610.1103/PhysRevB.76.195406 ↗
66. Cruz-Silva E. · ACS Nano · 2009 · 3 · 191310.1021/nn900286h ↗
67. Giovannetti G. · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 101 · 02680310.1103/PhysRevLett.101.026803 ↗
68. Wang W. X. · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 07C50110.1063/1.3536670 ↗
69. Huh S. · ACS Nano · 2011 · 5 · 363910.1021/nn1035203 ↗
70. Yu Y.-J. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 343010.1021/nl901572a ↗
71. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
72. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 175810.1103/PhysRevB.59.1758 ↗
73. Atomistix Toolkit version 2010.02; Quantumwise A/S,www.quantumwise.com.