Pred kratkim je Laboratorij za tehnologijo zaznavanja Šanghajskega inštituta za mikrosisteme in informacijsko tehnologijo Kitajske akademije znanosti (SIIST) dosegel pomemben napredek pri raziskavah tankoslojnih fluorescentnih senzorjev. To delo zagotavlja učinkovito strategijo za pripravo odličnih tankoslojnih fluorescentnih senzorjev ter eksperimentalno preverja in teoretično izračunava sinergistični proces zaznavanja fluorescence in adsorpcije plina.
V zadnjih letih so imeli tankoplastni fluorescentni senzorji ključno vlogo na področju zaznavanja plinov, še posebej na področju zaznavanja družbenih nevarnosti, kot so eksplozivi, živčni strupi in droge. Zaradi svoje visoke občutljivosti, odzivnosti in selektivnosti so ena najbolj obetavnih tehnologij za detekcijo snovi v sledovih. Vendar večina fluorescenčno občutljivih materialov trpi zaradi učinka agregiranega dušenja fluorescence (ACQ) in pojava fotobeljenja, zaradi česar so materiali za fluorescenčno zaznavanje, ki izpolnjujejo zahteve praktične uporabe, redki. To močno omejuje uporabo fluorescenčno občutljivih materialov pri odkrivanju plinov, zato je nujno treba razviti nove visoko zmogljive občutljive materiale za zaznavanje plinov. Raziskovalci so se osredotočili na probleme slabe kvantne učinkovitosti fluorescenčne trdne snovi in slabe fotostabilnosti, s katerimi se soočajo materiali za tankoplastne organske fluorescenčne sonde, zato so razvili novo vrsto senzorja tankoslojnega fluorescenčnega plina gostitelj-gost z visokim 3S (občutljivost, selektivnost, stabilnost ) za plinske analite z namestitvijo organskega fluorescentnega gosta na kovinsko-organsko ogrodje (MOF), kar je zagotovilo prilagodljivo metodo za izdelavo tankoslojnih fluorescentnih senzorjev za zadovoljevanje različnih potreb. prilagodljiv pristop.
V tem delu je bila molekula ACQ Me4BOPHY-1 uporabljena kot inkapsuliran organski gost, ki je bil vdelan v kovinsko-organsko ogrodje ZIF-8 z uporabo preproste metode sinteze v trdni fazi, in njene značilnosti fluorescenčne emisije MOF (ZIF-8) so gostujoči molekuli zagotovili različne nanokavitete za gostujoče molekule in tako zmanjšale samoagregacijo fluorescenčnih molekule in učinkovito premagovanje učinka ACQ Me4BOPHY-1. Kvantna učinkovitost fluorescence v trdnem stanju (QY) molekule se je povečala s 0.76 % na 19,72 % z različnimi razmerji gostujočih molekul. Nadalje je bila dosežena plinska identifikacija dietil klorofosfata (DCP), analoga živčnega agenta sarina (slika 1).
Slika 1. Izboljšanje kvantne učinkovitosti fluorescence in zmogljivosti zaznavanja organskih fluorescenčnih sond z majhnimi molekulami z uporabo vgrajenih struktur gostitelj-gost.
Študije adsorpcije konzolnega žarka MEMS so pokazale, da je predhodna obogatitev vgrajenega senzorja MOF gostitelja in gosta za plin, ki ga je treba meriti, dala sondi odlično sposobnost zaznavanja plina z odzivnim časom do 3 s in tako nizko mejo zaznavanja kot 1,13 ppb. Še več, učinek MOF v kletko izboljša selektivnost analita, Me4BOPHY-1＠ZIF-8 pa je zelo selektiven za moteči plin HCl. -8 je bistveno šibkejši kot odziv na moteči plin HCl, kar je bilo v prejšnji literaturi neizogibno. Medtem "učinek kletke" strukture organokovinskega ogrodja zagotavlja tudi dobro fotostabilnost in toplotno stabilnost senzorja. Temperatura termične razgradnje organofluorescentnih molekul se je povečala z 200 stopinj na 527 stopinj, začetna intenzivnost fluorescence pa se je ohranila tudi po 4800 s laserskega obsevanja v vzbujalnem pasu. Če povzamemo, strategija vgrajenega načrtovanja subjekt-objekt zagotavlja tankoslojni fluorescenčni plinski senzor z visokim 3S (občutljivost, selektivnost in stabilnost) za plinske analite in ponuja prilagodljivo metodo za izdelavo tankoslojnih fluorescenčnih senzorjev za zadovoljevanje različnih potreb. Predlagana je napredna strategija zasnove za tankoplastne fluorescentne senzorje z obetajočimi aplikacijami pri zaznavanju nevarnih plinov (slika 2).
Slika 2. Vgrajeni MOF senzor gostitelja in gosta realizira visoko sintezo 3S (občutljivost, selektivnost, stabilnost)
Prvi avtor prispevka je Zhengqi Shen, magistrski študent našega inštituta, ustrezni avtorji pa Yanyan Fu, raziskovalec, Jiangong Cheng in Min Tu, mladi raziskovalec. Pri delu so pomagali tudi mladi raziskovalec Kai Qi, projektni sodelavec Xiuyun Jiang in prof. Zhiyong Fan s Hongkonške univerze za znanost in tehnologijo. Povezano delo so podprli Nacionalni ključni raziskovalni in razvojni program Ministrstva za znanost in tehnologijo (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) in Šanghajska komisija za znanost in tehnologijo (22QA1410800).
