文章导读
如何让SERS既“看得见”痕量分子，又能分辨分子种类？清华大学深圳国际研究生院雷钰、李佳团队利用扭转双层MoS2的层间转角构建莫尔势阱：R6G在10°和50°响应最强，MB则在15°和45°表现最佳；引入延展空位后，吸附能由约54 meV增至238 meV，并结合分子限域与共振拉曼，将两者检测下限推至1×10-20 M。莫尔化学如何从能带调控走向可设计的单分子传感？
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如何让表面增强拉曼散射（SERS）同时具备高灵敏度和分子识别能力？近期，清华大学深圳国际研究生院副教授雷钰团队与合作者给出了一条新路径，即利用莫尔化学策略，通过精准调控双层二硫化钼（MoS2）的层间扭转角，构建出一个兼具超灵敏检测与分子筛选功能的传感平台。
图1.扭转双层MoS2中莫尔超晶格与等离子体诱导延展空位的形成及结构表征
莫尔化学的核心在于层间转角。当两层二维材料以特定角度堆叠时，会形成周期性的莫尔超晶格，这种实空间中的势能条纹能用于调控分子吸附、电荷转移和局域限域效应。此前该领域多聚焦于电子能带改性，而对分子选择性识别的连续调控尚待系统探索。此次研究中，研究团队将扭转角作为核心调控参数，发现不同分子对转角的响应有明显差异：罗丹明6G（R6G）在10°和50°的样品上响应最强，而亚甲基蓝（MB）则在15°和45°时表现最佳，这种规律的转角依赖性，在实验中清晰地展示了莫尔超晶格对分子种类的识别能力。
图2.不同扭转角TD-MoS2对R6G和MB的选择性SERS响应及10-20M检测性能
图3.莫尔势调控、空位增强吸附与共振拉曼协同作用的选择性单分子传感机制
为了进一步提升捕获效率，研究团队在上层MoS2中引入空气等离子体处理，制造出延展空位。结合原子级成像与理论计算，该团队揭示出莫尔势阱的演变过程：本征AA堆垛区域约提供54 meV的吸附能，而空位的引入使势阱加深至238 meV，相当于为芳香族分子提供了强吸附区域。结合分子限域，再配合与分子能级匹配的共振拉曼激发，三重机制协同作用，分别在不同转角下将R6G和MB的检测下限推至1×10-20M，实现了单分子水平的选择性检测。
这项工作将莫尔化学从能带工程引向分子传感工程，为疾病早期诊断、痕量分子监测等提供了一个可设计、可扩展的材料平台。
相关成果以“在扭转双层二硫化钼（MoS₂）中构筑莫尔势能以实现选择性单分子传感”（Engineering moiré potentials in twisted bilayer MoS2for selective single-molecule sensing）为题，于9月1日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）。
论文共同通讯作者为清华大学深圳国际研究生院副教授雷钰、李佳和美国宾夕法尼亚州立大学教授毛里西奥·特罗内斯（Mauricio Terrones）；清华大学深圳国际研究生院2025级材料科学工程专业博士生赵明闯、2023级材料科学工程专业博士生何浩琦和2026届材料科学工程专业博士毕业生王志杰为共同第一作者。
研究得到国家重点研发计划、深圳市科技计划和国家自然科学基金的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-77290-w
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：王晓霞
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