Nedavno je Laboratorija za senzorsku tehnologiju Šangajskog instituta za mikrosisteme i informacione tehnologije Kineske akademije nauka (SIIST) postigla značajan napredak u istraživanju tankoslojnih fluorescentnih senzora. Ovaj rad pruža efikasnu strategiju za pripremu odličnih tankoslojnih fluorescentnih senzora, te eksperimentalno verificira i teoretski izračunava sinergistički proces fluorescentnog sensiranja i adsorpcije plina.
Poslednjih godina, tankoslojni fluorescentni senzori igrali su ključnu ulogu u oblasti detekcije gasa, posebno u oblasti detekcije društvenih opasnosti kao što su eksplozivi, nervni agensi i droge. Zbog svoje visoke osjetljivosti, odziva i selektivnosti, oni su jedna od najperspektivnijih tehnologija za detekciju supstanci u tragovima. Međutim, većina fluorescentnih osjetljivih materijala pati od efekta agregiranog gašenja fluorescencije (ACQ) i fenomena fotoizbjeljivanja, što čini fluorescentne senzorne materijale koji ispunjavaju zahtjeve praktične primjene rijetkima. Ovo uvelike ograničava primjenu fluorescentnih osjetljivih materijala u detekciji plina, i postoji hitna potreba za razvojem novih osjetljivih materijala visokih performansi za detekciju plina. U cilju rješavanja problema loše kvantne efikasnosti fluorescencije u čvrstom stanju i loše fotostabilnosti s kojima se suočavaju tankoslojni materijali organske fluorescentne sonde, istraživači su razvili novi tip tankoslojnog fluorescentnog senzora gasa domaćin-gost sa visokim 3S (osjetljivost, selektivnost, stabilnost ) za gasne analite stavljanjem organskog fluorescentnog gosta na metalno-organski okvir (MOF), što je omogućilo fleksibilnu metodu za konstruisanje tankoslojnih fluorescentnih senzora da bi se zadovoljile različite potrebe. fleksibilan pristup.
U ovom radu kao inkapsulirani organski gost korišten je ACQ molekul Me4BOPHY-1, koji je jednostavnom metodom sinteze u čvrstoj fazi ugrađen u metalno-organski okvir ZIF-8 i njegove karakteristike emisije fluorescencije su prilagođeni podešavanjem omjera punjenja. MOF-ovi (ZIF-8) su dali gostujućem molekulu a MOF-ovi (ZIF-8) obezbjeđuju različite nanošupljine za molekule gostiju, čime se smanjuje samoagregacija fluorescentnih molekula i efikasno prevazilaženje ACQ efekta Me4BOPHY-1. Kvantna efikasnost fluorescencije u čvrstom stanju (QY) molekula je povećana sa 0,76% na 19,72% sa različitim omjerima gostujućih molekula. Nadalje, postignuta je identifikacija u gasnoj fazi dietil klorofosfata (DCP), analoga nervnog agensa sarina (slika 1).
Slika 1. Poboljšanje kvantne efikasnosti fluorescencije i performansi sensinga organskih fluorescentnih sondi malih molekula koristeći strukture ugrađene domaćin-gost.
Studije adsorpcije MEMS konzolnog snopa pokazale su da je prethodno obogaćivanje MOF senzora domaćin-gost za plin koji se mjeri daje sondi izvrsnu sposobnost senzora plina, s vremenom odziva do 3 s i niskom granicom detekcije. kao 1,13 ppb. Štaviše, efekat kaveza MOF-a poboljšava selektivnost analita, a Me4BOPHY-1＠ZIF-8 je visoko selektivan na ometajući gas HCl. -8 je značajno slabiji kao odgovor na ometajući gas HCl, što je bilo neizbježno u prethodnoj literaturi. U međuvremenu, "efekat kaveza" organometalne strukture okvira također osigurava dobru fotostabilnost i termičku stabilnost senzora. Temperatura termičke dekompozicije organofluorescentnih molekula povećana je sa 200 stepeni na 527 stepeni, a početni intenzitet fluorescencije je održan čak i nakon 4800 s laserskog zračenja u ekscitacionom pojasu. Ukratko, strategija dizajna ugrađenog subjekta-objekta pruža tankoslojni fluorescentni gasni senzor sa visokim 3S (osjetljivost, selektivnost i stabilnost) za gasne analite, i nudi fleksibilnu metodu za konstrukciju tankoslojnih fluorescentnih senzora kako bi se zadovoljile različite potrebe. Predložena je napredna strategija dizajna tankoslojnih fluorescentnih senzora sa obećavajućim primenama u detekciji opasnih gasova (Slika 2).
Slika 2. Ugrađeni MOF senzor domaćin-gost ostvaruje visoku 3S (osjetljivost, selektivnost, stabilnost) sintezu
Prvi autor rada je Zhengqi Shen, student master studija našeg instituta, a odgovarajući autori su Yanyan Fu, istraživač, Jiangong Cheng, i Min Tu, mladi istraživač. U radu su takođe pomogli mladi istraživač Kai Qi, saradnik na projektu Xiuyun Jiang i prof. Zhiyong Fan sa Univerziteta nauke i tehnologije u Hong Kongu. Srodni rad podržan je od strane Nacionalnog ključnog istraživačkog i razvojnog programa Ministarstva nauke i tehnologije (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine (62022085, 62301544, 61831021, 2920 i Komisije za nauku), 2920. (22QA1410800).
