Nylig har Sensing Technology Laboratory ved Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology, Chinese Academy of Sciences (SIIST) gjort viktige fremskritt i forskningen på tynnfilm-fluorescerende sensorer. Dette arbeidet gir en effektiv strategi for fremstilling av utmerkede tynnfilm fluorescerende sensorer, og eksperimentelt verifiserer og beregner den synergistiske prosessen med fluorescenssensing og gassadsorpsjon.
De siste årene har tynnfilms fluorescerende sensorer spilt en avgjørende rolle innen gasssensing, spesielt innen sensing av sosiale farer som eksplosiver, nervegift og narkotika. På grunn av deres høye følsomhet, respons og selektivitet, er de en av de mest lovende teknologiene for sporstoffdeteksjon. Imidlertid lider de fleste fluorescerende sensitive materialer av aggregert fluorescensslukking (ACQ) effekt og fotoblekingsfenomen, noe som gjør fluorescerende sensingmaterialer som oppfyller kravene til praktiske anvendelser sjeldne. Dette begrenser i stor grad bruken av fluorescerende sensitive materialer i gassdeteksjon, og det er et presserende behov for å utvikle nye høyytelsessensitive materialer for gasssensoring. Med sikte på problemene med dårlig faststofffluorescens kvanteeffektivitet og dårlig fotostabilitet som organiske fluorescerende sondematerialer i tynnfilm, utviklet forskerne en ny type vertsgjest tynnfilm fluorescerende gasssensor med høy 3S (sensitivitet, selektivitet, stabilitet) ) for gassanalytter ved å trekke en organisk fluorescerende gjest på et metall-organisk rammeverk (MOF), som ga en fleksibel metode for å konstruere tynnfilm fluorescerende sensorer for å tilfredsstille ulike behov. fleksibel tilnærming.
I dette arbeidet ble ACQ-molekylet Me4BOPHY-1 brukt som en innkapslet organisk gjest, som ble innebygd i et metallorganisk rammeverk ZIF-8 ved bruk av en enkel fastfase-syntesemetode, og dets fluorescensemisjonsegenskaper ble justert ved å justere belastningsforholdet. MOF-ene (ZIF-8) ga gjestemolekylet en MOF-er (ZIF-8) gir ulike nanokaviteter for gjestemolekylene, og reduserer dermed selvaggregeringen av fluorescerende molekyler og effektivt overvinne ACQ-effekten til Me4BOPHY-1. Faststofffluorescenskvanteeffektiviteten (QY) til molekylet ble økt fra 0,76 % til 19,72 % med forskjellige forhold mellom gjestemolekyler. Videre ble gassfaseidentifikasjon av dietylklorfosfat (DCP), en analog av nervemidlet sarin, oppnådd (figur 1).
Figur 1. Forbedring av fluorescens kvanteeffektivitet og sensing ytelse av organiske fluorescerende små molekyl sonder ved bruk av vert-gjest innebygde strukturer.
MEMS utkragende stråleadsorpsjonsstudier har vist at forhåndsanrikningen av den vert-gjest innebygde MOF-sensoren for gassen som skal måles ga sonden utmerket gassfølende evne, med en responstid på opptil 3 s og en deteksjonsgrense så lav som 1,13 ppb. Dessuten forbedrer Caging-effekten til MOF selektiviteten til analytten, og Me4BOPHY-1＠ZIF-8 er svært selektiv for den forstyrrende gassen HCl. -8 er betydelig svakere som respons på den forstyrrende gassen HCl, noe som var uunngåelig i tidligere litteratur. I mellomtiden sikrer "caging-effekten" til den organometalliske rammestrukturen også sensorens gode fotostabilitet og termiske stabilitet. Den termiske nedbrytningstemperaturen til de organofluorescerende molekylene ble økt fra 200 grader til 527 grader, og den innledende fluorescensintensiteten ble opprettholdt selv etter 4800 s med laserbestråling i eksitasjonsbåndet. Oppsummert gir den innebygde designstrategien for emneobjekt en tynnfilm fluorescerende gasssensor med høy 3S (følsomhet, selektivitet og stabilitet) for gassanalytter, og tilbyr en fleksibel metode for å konstruere tynnfilm fluorescerende sensorer for å tilfredsstille ulike behov. En avansert designstrategi for tynnfilm-fluorescerende sensorer med lovende bruksområder innen sensing av farlig gass er foreslått (Figur 2).
Figur 2. Vert-gjest innebygd MOF-sensor realiserer høy 3S (sensitivitet, selektivitet, stabilitet) syntese
Den første forfatteren av artikkelen er Zhengqi Shen, en masterstudent ved instituttet vårt, og de tilsvarende forfatterne er Yanyan Fu, en forsker, Jiangong Cheng, og Min Tu, en ung forsker. Arbeidet ble også assistert av ung forsker Kai Qi, prosjektmedarbeider Xiuyun Jiang og prof. Zhiyong Fan ved Hong Kong University of Science and Technology. Det relaterte arbeidet ble støttet av det nasjonale nøkkelforsknings- og utviklingsprogrammet til departementet for vitenskap og teknologi (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), National Natural Science Foundation of China (62022085, 62301544, 61831021, 22201 Science and Shanghai Science and the Shanghai Science and Technology Commission) (22QA1410800).
