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本发明涉及一种过渡金属二硫化物增强石墨烯基SERS装置，该装置的具体结构为M‑FeS2/FeS‑石墨烯，其中，M为贵金属纳米层，FeS2/FeS为交替的FeS2和FeS纳米多层结构。以聚苯乙烯胶体球模板为衬底，在其表面化学气相沉积石墨烯层；（2）在石墨烯层表面原子层沉积交替的FeS2和FeS纳米多层结构；（3）在交替的FeS2和FeS纳米多层结构表面磁控溅射贵金属纳米层。FeS2的引入，可以明显增加装置对不同探针分子的检测灵敏度。交替的FeS2和FeS纳米多层结构于石墨烯层和贵金属层复合作用，使得基底可以实现对于多种激发波长下的拉曼增强，拓宽了其拉曼分析应用范围。
