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光子鼻与分子材料研究团队在光电惰性饱和烷烃荧光敏感薄膜创新制备方面取得重要进展

发布者:曹凯超  发布时间:2022-07-21 11:34:51  浏览:

烷烃类化合物是重要的化工原料,易于挥发,易于燃烧,是工业生产安全的重要隐患。此外,小分子饱和烷烃是人体生理代谢的重要产物,作为消化道恶性病变的重要标示物,在挥发组学研究中已经广受关注。可以说,饱和烷烃气体的原位、在线、高灵敏、高选择、快速探测具有重要的意义。然而,饱和烷烃反应活性低,光电惰性,高性能探测极具挑战。

薄膜荧光传感是继离子迁移谱之后,业界公认的有望替代嗅爆犬、缉毒犬和疾病诊断犬的新一代微痕量物质气相检测技术。薄膜荧光传感器能耗低、结构相对简单、易于实现便携。敏感薄膜材料创制和高性能化是获得高性能荧光传感器的关键,其核心又是高性能荧光传感单元的设计合成。

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近日,光子鼻与分子材料研究团队房喻院士课题组采用跨空间电荷转移分子设计策略,合成了U形碳硼烷桥联苝二酰亚胺-蒽二分体,以其作为传感单元,实现了对饱和烷烃类物质的气相高性能检测。电子给体蒽与受体苝二酰亚胺间面对面的排列方式保证了分子内跨空间电荷转移过程的有效发生,导致该二分体呈现出显著的荧光双发射和溶致变色行为。借助超快瞬态吸收光谱技术,作者观察到了二分体受光激发后随溶剂极性增加而持续变化的激发态动力学过程。基于跨空间电荷转移对微环境极性的独特敏感性,该薄膜对烷烃气体的存在表现出快速(~5 s)、灵敏(~10 ppm)和选择性响应。据此,作者创制了一种概念性薄膜荧光传感器。该传感器体积小(~3.7 cm3)、能耗低,可在常温下工作。由此实现了对饱和烷烃的原位在线监测,有望满足实际探测需要。

功能分子的U形非平面结构有效避免了芳烃单元的紧密堆积,保证了传感过程的高效传质。此外,跨空间电荷转移这一发光本质使得薄膜对微环境改变异常敏感,由此保障了敏感薄膜的高性能。这一实践为荧光传感单元的的理性设计提供了新的思路。

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该成果发表在《德国应用化学》期刊(Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202207619),论文第一作者为陕西师范大学王朝龙博士,通讯作者为陕西师范大学房喻院士。(论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202207619