Наскоро лабораторията за сензорни технологии на Шанхайския институт по микросистеми и информационни технологии, Китайската академия на науките (SIIST) постигна важен напредък в изследването на тънкослойни флуоресцентни сензори. Тази работа осигурява ефективна стратегия за подготовката на отлични тънкослойни флуоресцентни сензори и експериментално проверява и теоретично изчислява синергичния процес на флуоресцентно отчитане и адсорбция на газ.
През последните години тънкослойните флуоресцентни сензори изиграха решаваща роля в областта на газовите сензори, особено в областта на социалните опасности като експлозиви, нервнопаралитични агенти и наркотици. Поради високата си чувствителност, отзивчивост и селективност, те са една от най-обещаващите технологии за откриване на следи от вещества. Повечето флуоресцентни чувствителни материали обаче страдат от ефекта на агрегирано гасене на флуоресценцията (ACQ) и феномена на фотоизбелване, което прави рядкост флуоресцентните сензорни материали, които отговарят на изискванията за практически приложения. Това значително ограничава приложението на флуоресцентни чувствителни материали при откриване на газ и има спешна нужда от разработване на нови високоефективни чувствителни материали за отчитане на газ. Насочвайки се към проблемите с лошата квантова ефективност на флуоресценцията в твърдо състояние и лошата фотостабилност, пред които са изправени тънкослойните органични флуоресцентни материали за сонда, изследователите разработиха нов тип тънкослоен флуоресцентен газов сензор гост-гост с висока 3S (чувствителност, селективност, стабилност ) за газови аналити чрез свързване на органичен флуоресцентен гост върху метало-органична рамка (MOF), което предоставя гъвкав метод за конструиране на тънкослойни флуоресцентни сензори за задоволяване на различни нужди. гъвкав подход.
В тази работа ACQ молекулата Me4BOPHY-1 беше използвана като капсулиран органичен гост, който беше вграден в метало-органична рамка ZIF-8 с помощта на прост метод за синтез на твърда фаза и нейните характеристики на флуоресцентни емисии бяха коригирани чрез регулиране на съотношението на натоварване. MOFs (ZIF-8) осигуряват на гост молекулата с MOFs (ZIF-8) осигуряват различни нанокухини за гостоприемните молекули, като по този начин намаляват самоагрегацията на флуоресцентни молекули и ефективно преодоляване на ACQ ефекта на Me4BOPHY-1. Квантовата ефективност на флуоресценцията в твърдо състояние (QY) на молекулата беше увеличена от 0.76% до 19.72% с различни съотношения на гостуващи молекули. Освен това беше постигната газова фазова идентификация на диетил хлорофосфат (DCP), аналог на нервнопаралитичния агент зарин (Фигура 1).
Фигура 1. Повишаване на квантовата ефективност на флуоресценцията и ефективността на отчитане на органични флуоресцентни сонди с малки молекули, използващи вградени структури гостоприемник-гост.
Проучванията за адсорбция на конзолен лъч MEMS показват, че предварителното обогатяване на вградения MOF сензор домакин-гост за газа, който трябва да се измерва, дава на сондата отлична способност за отчитане на газ, с време за реакция до 3 s и толкова нисък лимит на откриване като 1,13 ppb. Нещо повече, блокиращият ефект на MOF подобрява селективността на аналита, а Me4BOPHY-1＠ZIF-8 е силно селективен към интерфериращия газ HCl. -8 е значително по-слаб в отговор на интерфериращия газ HCl, което беше неизбежно в предишната литература. Междувременно "ефектът на клетката" на структурата на органометалната рамка също осигурява добра фотостабилност и термична стабилност на сензора. Температурата на термично разлагане на органофлуоресцентните молекули се повишава от 200 градуса до 527 градуса и първоначалният интензитет на флуоресценция се поддържа дори след 4800 s лазерно облъчване в лентата на възбуждане. В обобщение, вградената проектна стратегия субект-обект осигурява тънкослоен флуоресцентен газов сензор с висока 3S (чувствителност, селективност и стабилност) за газови аналити и предлага гъвкав метод за конструиране на тънкослойни флуоресцентни сензори за задоволяване на различни нужди. Предложена е усъвършенствана стратегия за проектиране на тънкослойни флуоресцентни сензори с обещаващи приложения при отчитане на опасни газове (Фигура 2).
Фигура 2. Вграден MOF сензор хост-гост реализира висок 3S (чувствителност, селективност, стабилност) синтез
Първият автор на статията е Zhengqi Shen, магистър студент от нашия институт, а съответните автори са Yanyan Fu, изследовател, Jiangong Cheng и Min Tu, млад изследовател. Работата беше подпомогната и от младия изследовател Kai Qi, сътрудника на проекта Xiuyun Jiang и проф. Zhiyong Fan от Хонконгския университет за наука и технологии. Свързаната работа беше подкрепена от Националната програма за ключови изследвания и развитие на Министерството на науката и технологиите (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Националната природонаучна фондация на Китай (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) и Комисията за наука и технологии в Шанхай (22QA1410800).
