A közelmúltban a Kínai Tudományos Akadémia (SIIST) Sanghaji Mikrorendszerek és Információtechnológiai Intézetének Érzékeléstechnológiai Laboratóriuma jelentős előrelépést tett a vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők kutatásában. Ez a munka hatékony stratégiát nyújt kiváló vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők készítéséhez, valamint kísérletileg igazolja és elméletileg kiszámítja a fluoreszcencia érzékelés és a gázadszorpció szinergikus folyamatát.
Az elmúlt években a vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők döntő szerepet játszottak a gázérzékelés területén, különösen a társadalmi veszélyek, például robbanóanyagok, idegmérgek és kábítószerek érzékelésében. Nagy érzékenységüknek, válaszkészségüknek és szelektivitásuknak köszönhetően az egyik legígéretesebb technológiát jelentik a nyomelemek kimutatására. A legtöbb fluoreszcens érzékeny anyag azonban az aggregált fluoreszcens kioltás (ACQ) hatásától és a fényfehérítés jelenségétől szenved, ami miatt a gyakorlati alkalmazások követelményeinek megfelelő fluoreszcens érzékelő anyagok ritkák. Ez nagymértékben korlátozza a fluoreszcensre érzékeny anyagok alkalmazását a gázérzékelésben, és sürgősen szükség van új, nagy teljesítményű, érzékeny anyagok kifejlesztésére a gázérzékeléshez. A vékonyrétegű szerves fluoreszcens szondák gyenge szilárdtest-fluoreszcens kvantumhatékonyságának és gyenge fotostabilitási problémáinak megcélzására a kutatók új típusú, magas 3S-értékkel (érzékenység, szelektivitás, stabilitás) rendelkező, gazda-vendég vékonyfilmes fluoreszcens gázérzékelőt fejlesztettek ki. ) gázanalitokhoz szerves fluoreszcens vendég fém-organikus vázra (MOF) történő felhelyezésével, amely rugalmas módszert biztosított vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők készítésére a különböző igények kielégítésére. rugalmas megközelítés.
Ebben a munkában a Me4BOPHY-1 ACQ molekulát használtuk kapszulázott szerves vendégként, amelyet egy egyszerű szilárd fázisú szintézis módszerrel ZIF-8 fém-szerves vázba ágyaztunk, és ennek fluoreszcens emissziós jellemzőit. A MOF-ok (ZIF-8) a vendégmolekulát látták el. A MOF-ek (ZIF-8) különféle nanoüregeket biztosítanak a vendégmolekulák számára, így csökkentve a fluoreszcens önaggregációt. molekulákat és hatékonyan leküzdve a Me4BOPHY-1 ACQ hatását. A molekula szilárd fázisú fluoreszcencia kvantumhatékonysága (QY) 0,76%-ról 19,72%-ra nőtt a vendégmolekulák eltérő arányával. Továbbá a dietil-klorofoszfát (DCP) gázfázisú azonosítását is elértük, amely a szarin idegkárosító hatású analógja (1. ábra).
1. ábra: Szerves fluoreszcens kismolekulájú próbák fluoreszcens kvantumhatékonyságának és érzékelési teljesítményének fokozása gazda-vendég beágyazott struktúrák használatával.
A MEMS konzolos nyaláb adszorpciós vizsgálatok kimutatták, hogy a gazda-vendég beágyazott MOF érzékelő elődúsítása a mérendő gázhoz kiváló gázérzékelési képességgel ruházta fel a szondát, akár 3 másodperces válaszidővel és alacsony detektálási határértékkel. mint 1,13 ppb. Sőt, a MOF ketrecbe záró hatása javítja az analit szelektivitását, a Me4BOPHY-1＠ZIF-8 pedig erősen szelektív a zavaró HCl gázra. A -8 szignifikánsan gyengébb a zavaró HCl gáz hatására, ami a korábbi irodalomban elkerülhetetlen volt. Eközben a fémorganikus vázszerkezet "ketrecbe zárása" az érzékelő jó fotostabilitását és hőstabilitását is biztosítja. Az organofluoreszcens molekulák termikus bomlási hőmérsékletét 200 fokról 527 fokra emeltük, és a kezdeti fluoreszcencia intenzitást 4800 s lézeres besugárzás után is megtartottuk a gerjesztési sávban. Összefoglalva, a tárgy-objektum beágyazott tervezési stratégia vékonyfilmes fluoreszcens gázérzékelőt biztosít magas 3S-vel (érzékenység, szelektivitás és stabilitás) a gázelemzők számára, és rugalmas módszert kínál vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők készítésére a különböző igények kielégítésére. Fejlett tervezési stratégiát javasoltak a vékonyfilmes fluoreszcens érzékelők számára, amelyek ígéretes alkalmazásai a veszélyes gázok érzékelésében (2. ábra).
2. ábra. A fogadó-vendég beágyazott MOF érzékelő magas 3S (érzékenység, szelektivitás, stabilitás) szintézist valósít meg
A dolgozat első szerzője Zhengqi Shen, intézetünk mesterszakos hallgatója, a megfelelő szerzők Yanyan Fu kutató, Jiangong Cheng és Min Tu, egy fiatal kutató. A munkát Kai Qi fiatal kutató, Xiuyun Jiang projekt munkatársa és Zhiyong Fan professzor, a Hongkongi Tudományos és Technológiai Egyetem munkatársa is segítette. A kapcsolódó munkát a Tudományos és Technológiai Minisztérium Nemzeti Kulcsfontosságú Kutatási és Fejlesztési Programja (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (62022085, 62301544, 61831021, 22201289), valamint a Shanghai Science and Technology89 támogatta. (22QA1410800).
