Biopolymer-Templated Deposition of Ordered and Polymorph Titanium Dioxide Thin Films for Improved Surface-Enhanced Raman Scattering Sensitivity

QC 20220524
Titanium dioxide (TiO2) is an excellent candidate material for semiconductor metal oxide-based substrates for surface-enhanced Raman scattering (SERS). Biotemplated fabrication of TiO2 thin films with a 3D network is a promising route for effectively transferring the morphology and ordering of the template into the TiO2 layer. The control over the crystallinity of TiO2 remains a challenge due to the low thermal stability of biopolymers. Here is reported a novel strategy of the cellulose nanofibril (CNF)-directed assembly of TiO2/CNF thin films with tailored morphology and crystallinity as SERS substrates. Polymorphous TiO2/CNF thin films with well-defined morphology are obtained by combining atomic layer deposition and thermal annealing. A high enhancement factor of 1.79 × 106 in terms of semiconductor metal oxide nanomaterial (SMON)-based SERS substrates is obtained from the annealed TiO2/CNF thin films with a TiO2 layer thickness of 10 nm fabricated on indium tin oxide (ITO), when probed by 4-mercaptobenzoic acid molecules. Common SERS probes down to 10 nm can be detected on these TiO2/CNF substrates, indicating superior sensitivity of TiO2/CNF thin films among SMON SERS substrates. This improvement in SERS sensitivity is realized through a cooperative modulation of the template morphology of the CNF network and the crystalline state of TiO2.

Betker, MarieKTH,Fiber- och polymerteknologi,Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraße 85, Hamburg, 22607, Germany(Swepub:kth)u1m6h738 (författare)
Harder, C. (författare)
Brett, Calvin J.KTH,Teknisk mekanik,Wallenberg Wood Science Center,Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraße 85, Hamburg, 22607, Germany(Swepub:kth)u1sadquq (författare)
Schwartzkopf, M. (författare)
Ulrich, N. M. (författare)
Toimil-Molares, M. E. (författare)
Trautmann, C. (författare)
Söderberg, DanielKTH,Polymerteknologi,Wallenberg Wood Science Center(Swepub:kth)u1rp1v6z (författare)
Weindl, C. L. (författare)
Körstgens, V. (författare)
Müller-Buschbaum, P. (författare)
Ma, M. (författare)
Roth, Stephan V.KTH,Ytbehandlingsteknik,Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraße 85, Hamburg, 22607, Germany(Swepub:kth)u1b0mjzr (författare)
KTHFiber- och polymerteknologi (creator_code:org_t)

Av författaren/redakt...: Chen, Q.; Betker, Marie; Harder, C.; Brett, Calvin J.; Schwartzkopf, M.; Ulrich, N. M.; visa fler...; Toimil-Molares, ...; Trautmann, C.; Söderberg, Danie ...; Weindl, C. L.; Körstgens, V.; Müller-Buschbaum ...; Ma, M.; Roth, Stephan V.; visa färre...

Om ämnet

Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.