Machine learning assisted dual-functional nanophotonic sensor for organic pollutant detection and degradation in water

材料科学 拉曼光谱 检出限 污染物 表面增强拉曼光谱 降级(电信) 纳米技术 纳米颗粒 催化作用 纳米工程 化学工程 拉曼散射 计算机科学 色谱法 化学 光学 有机化学 物理 工程类 电信
作者
Junhu Zhou,Ziqian Wu,Congran Jin,John X. J. Zhang
出处
期刊:npj clean water [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41545-023-00292-4
摘要

Abstract This study presents a dual-functional thin film, known as Ag nanoparticles decorated, ZnO nanorods coated silica nanofibers (AgNP-ZnONR-SNF), which demonstrates remarkable capabilities in both water purification and organic pollutants sensing. The 3D fibrous structure of ZnONR-SNF provides a large surface-area-to-volume ratio for piezo- and photo-catalytic degradation of organic pollutants under UV irradiation, achieving over 98% efficiency. Ag nanoparticles decorated on ZnONR-SNF form “hot-spot” that significantly enhance the surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) signal, resulting in an enhancement factor of 1056 and an experimental detection limit of 1 pg mL −1 . Furthermore, a machine learning algorithm is developed for the qualitative and quantitative detection of multiple contaminants, achieving high accuracy (92.3%) and specificity (89.3%) without the need for preliminary processing of Raman spectra. This work provides a promising nanoengineering solution for water purification and sensing with improved detection accuracy, purification efficiency, and cost-effectiveness.
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