Недавно лаборатория сенсорных технологий Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук (SIIST) достигла важного прогресса в исследовании тонкопленочных флуоресцентных датчиков. Эта работа обеспечивает эффективную стратегию для подготовки превосходных тонкопленочных флуоресцентных датчиков, а также экспериментально проверяет и теоретически рассчитывает синергетический процесс флуоресцентного зондирования и адсорбции газа.
В последние годы тонкопленочные флуоресцентные датчики играют решающую роль в области обнаружения газов, особенно в области обнаружения социальных опасностей, таких как взрывчатые вещества, нервно-паралитические агенты и наркотики. Благодаря своей высокой чувствительности, отзывчивости и селективности они являются одной из самых перспективных технологий для обнаружения следов веществ. Однако большинство флуоресцентных чувствительных материалов страдают от эффекта агрегированного гашения флуоресценции (ACQ) и явления фотообесцвечивания, что делает флуоресцентные чувствительные материалы, которые соответствуют требованиям практических приложений, редкими. Это значительно ограничивает применение флуоресцентных чувствительных материалов для обнаружения газов, и существует острая необходимость в разработке новых высокопроизводительных чувствительных материалов для обнаружения газов. Стремясь решить проблемы низкой квантовой эффективности твердотельной флуоресценции и плохой фотостабильности, с которыми сталкиваются тонкопленочные органические флуоресцентные зондовые материалы, исследователи разработали новый тип тонкопленочного флуоресцентного газового датчика типа «хозяин-гость» с высокими 3S (чувствительность, селективность, стабильность) для газовых аналитов путем совмещения органического флуоресцентного гостя с металлоорганическим каркасом (MOF), что обеспечило гибкий метод создания тонкопленочных флуоресцентных датчиков для удовлетворения различных потребностей. Гибкий подход.
В этой работе молекула ACQ Me4BOPHY-1 использовалась в качестве инкапсулированного органического гостя, который был встроен в металлоорганический каркас ZIF-8 с использованием простого метода твердофазного синтеза, а характеристики его флуоресцентного излучения были скорректированы путем корректировки соотношения загрузки. MOF (ZIF-8) предоставили гостевой молекуле MOF (ZIF-8) предоставляют различные нанополости для гостевых молекул, тем самым уменьшая самоагрегацию флуоресцентных молекул и эффективно преодолевая эффект ACQ Me4BOPHY-1. Квантовая эффективность флуоресценции твердого тела (QY) молекулы была увеличена с 0.76% до 19.72% при различных соотношениях гостевых молекул. Кроме того, была достигнута газофазная идентификация диэтилхлорфосфата (DCP), аналога нервно-паралитического агента зарина (рисунок 1).
Рисунок 1. Повышение квантовой эффективности флуоресценции и производительности чувствительности органических флуоресцентных малых молекулярных зондов с использованием встроенных структур «хозяин-гость».
Исследования адсорбции кантилеверного пучка MEMS показали, что предварительное обогащение встроенного в хозяина-гостя датчика MOF для измеряемого газа наделило зонд превосходной способностью чувствительности к газу со временем отклика до 3 с и пределом обнаружения всего 1,13 ppb. Более того, эффект заграждения MOF улучшает селективность аналита, а Me4BOPHY-1＠ZIF-8 обладает высокой селективностью к мешающему газу HCl. -8 значительно слабее реагирует на мешающий газ HCl, что было неизбежно в предыдущей литературе. Между тем, «эффект заграждения» металлоорганической каркасной структуры также обеспечивает хорошую фотостабильность и термическую стабильность датчика. Температура термического разложения органофлуоресцентных молекул была увеличена с 200 градусов до 527 градусов, а начальная интенсивность флуоресценции сохранялась даже после 4800 с лазерного облучения в полосе возбуждения. Подводя итог, можно сказать, что стратегия проектирования встраиваемых объектов субъекта обеспечивает тонкопленочный флуоресцентный газовый датчик с высоким 3S (чувствительность, селективность и стабильность) для газовых аналитов и предлагает гибкий метод построения тонкопленочных флуоресцентных датчиков для удовлетворения различных потребностей. Предлагается усовершенствованная стратегия проектирования тонкопленочных флуоресцентных датчиков с перспективными применениями в обнаружении опасных газов (рисунок 2).
Рисунок 2. Встроенный датчик MOF типа «хост-гость» реализует высокий синтез 3S (чувствительность, селективность, стабильность)
Первым автором статьи является Чжэнци Шэнь, магистрант нашего института, а соответствующими авторами являются Яньян Фу, исследователь, Цзянгун Чэн и Мин Ту, молодой исследователь. В работе также принимали участие молодой исследователь Кай Ци, научный сотрудник проекта Сююнь Цзян и профессор Чжиюн Фань из Гонконгского университета науки и технологий. Соответствующая работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Министерства науки и технологий (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Национальным фондом естественных наук Китая (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) и Шанхайской комиссией по науке и технологиям (22QA1410800).
