Нещодавно лабораторія сенсорних технологій Шанхайського інституту мікросистем та інформаційних технологій Академії наук Китаю (SIIST) досягла значного прогресу в дослідженні тонкоплівкових флуоресцентних датчиків. Ця робота забезпечує ефективну стратегію для підготовки чудових тонкоплівкових флуоресцентних сенсорів, а також експериментально перевіряє та теоретично розраховує синергічний процес флуоресцентного зондування та адсорбції газу.
Останніми роками тонкоплівкові флуоресцентні датчики зіграли вирішальну роль у сфері визначення газу, особливо у сфері виявлення соціальних небезпек, таких як вибухові речовини, нервово-паралітичні речовини та наркотики. Завдяки високій чутливості, швидкості реагування та вибірковості вони є однією з найбільш перспективних технологій виявлення слідів речовин. Однак більшість флуоресцентних чутливих матеріалів страждають від ефекту агрегованого гасіння флуоресценції (ACQ) і явища фотознебарвлення, що робить рідко флуоресцентні чутливі матеріали, які відповідають вимогам практичного застосування. Це значно обмежує застосування флуоресцентних чутливих матеріалів для виявлення газу, і існує нагальна потреба в розробці нових високоефективних чутливих матеріалів для визначення газу. Націлюючись на вирішення проблем низької квантової ефективності твердотільного флуоресценції та слабкої фотостабільності, з якими стикаються тонкоплівкові органічні флуоресцентні матеріали зондів, дослідники розробили новий тип тонкоплівкового флуоресцентного газового сенсора хост-гость із високим 3S (чутливість, вибірковість, стабільність). ) для газових аналітів шляхом комбінування органічного флуоресцентного гостя на металоорганічній основі (MOF), що забезпечило гнучкий метод побудови тонкоплівкових флуоресцентних сенсорів для задоволення різних потреб. гнучкий підхід.
У цій роботі молекула ACQ Me4BOPHY-1 використовувалася як інкапсульований органічний гість, який був вбудований у металоорганічний каркас ZIF-8 за допомогою простого методу твердофазного синтезу, а також її характеристики випромінювання флуоресценції MOF (ZIF-8) забезпечували молекулу-гостьову молекулу MOF (ZIF-8) створювали різні нанопорожнини для молекул-гостьів, таким чином зменшуючи самоагрегацію флуоресцентних молекул і ефективно долає ефект ACQ Me4BOPHY-1. Квантова ефективність флуоресценції твердого тіла (QY) молекули була збільшена з 0.76% до 19.72% з різним співвідношенням гостьових молекул. Крім того, було досягнуто газофазної ідентифікації діетилхлорофосфату (DCP), аналога нервово-паралітичної речовини зарину (рис. 1).
Малюнок 1. Підвищення квантової ефективності флуоресценції та продуктивності чутливості органічних флуоресцентних малих молекулярних зондів за допомогою вбудованих структур хост-гость.
Дослідження консольної адсорбції пучка MEMS показали, що попереднє збагачення вбудованого MOF-сенсора хост-гость для газу, який потрібно вимірювати, наділило зонд чудовою здатністю сприймати газ із часом відгуку до 3 с і настільки низьким межею виявлення. як 1,13 ppb. Більше того, блокуючий ефект MOF покращує вибірковість аналіту, а Me4BOPHY-1＠ZIF-8 є високоселективним до заважаючого газу HCl. -8 є значно слабшим у відповідь на заважаючий газ HCl, чого було неминуче в попередній літературі. У той же час «ефект клітини» металоорганічної каркасної структури також забезпечує хорошу фотостабільність і термічну стабільність датчика. Температуру термічного розкладання органофлуоресцентних молекул було збільшено з 200 градусів до 527 градусів, а початкова інтенсивність флуоресценції зберігалася навіть після 4800 с лазерного опромінення в смузі збудження. Таким чином, стратегія вбудованого проектування «суб’єкт-об’єкт» забезпечує створення тонкоплівкового флуоресцентного газового сенсора з високим рівнем 3S (чутливість, селективність і стабільність) для газових аналітів і пропонує гнучкий метод створення тонкоплівкових флуоресцентних сенсорів для задоволення різних потреб. Запропоновано вдосконалену стратегію проектування тонкоплівкових флуоресцентних датчиків із перспективним застосуванням у зондуванні небезпечних газів (рис. 2).
Малюнок 2. Вбудований MOF-сенсор хост-гость реалізує високий синтез 3S (чутливість, селективність, стабільність)
Першим автором статті є Zhengqi Shen, студент магістратури нашого інституту, відповідними авторами є Yanyan Fu, науковий співробітник, Jiangong Cheng і Min Tu, молодий дослідник. У роботі також допомагали молодий дослідник Кай Ці, співробітник проекту Сююнь Цзян і професор Чжиюн Фан з Гонконгського університету науки і технологій. Відповідна робота була підтримана Національною ключовою програмою досліджень і розвитку Міністерства науки і технологій (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Національним фондом природничих наук Китаю (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) і Шанхайською комісією з науки і технологій (22QA1410800).
