Äskettäin Kiinan tiedeakatemian Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology (SIIST) Sensing Technology Laboratory on edistynyt merkittävästi ohutkalvofluoresoivien antureiden tutkimuksessa. Tämä työ tarjoaa tehokkaan strategian erinomaisten ohutkalvofluoresoivien antureiden valmistukseen ja varmistaa kokeellisesti ja laskee teoreettisesti fluoresenssin havaitsemisen ja kaasun adsorption synergistisen prosessin.
Ohutkalvofluoresoivilla antureilla on viime vuosina ollut ratkaiseva rooli kaasuntunnistuksen alalla, erityisesti sosiaalisten vaarojen, kuten räjähteiden, hermomyrkytysten ja lääkkeiden, tunnistamisessa. Korkean herkkyytensä, herkkyytensä ja selektiivisyytensä ansiosta ne ovat yksi lupaavimmista tekniikoista jäämien aineiden havaitsemiseen. Useimmat fluoresoivat herkät materiaalit kärsivät kuitenkin aggregated fluorescence quenching (ACQ) -ilmiöstä ja valovalkaisuilmiöstä, mikä tekee käytännön sovellusten vaatimukset täyttävistä fluoresoivista anturimateriaaleista harvinaisia. Tämä rajoittaa suuresti fluoresoivien herkkien materiaalien käyttöä kaasunilmaisussa, ja on kiireellisesti kehitettävä uusia korkean suorituskyvyn herkkiä materiaaleja kaasuntunnistukseen. Tavoitteena ongelmiin, jotka liittyvät ohutkalvoisten orgaanisten fluoresoivien koetinmateriaalien heikkoon kiinteän olomuodon fluoresenssitehokkuuteen ja huonoon fotostabiilisuuteen, tutkijat kehittivät uudentyyppisen isäntä-vieras ohutkalvofluoresoivan kaasuanturin, jolla on korkea 3S (herkkyys, selektiivisyys, stabiilisuus). ) kaasuanalyyteille asettamalla orgaaninen fluoresoiva vieras metalli-orgaanisen kehyksen (MOF) päälle, mikä tarjosi joustavan menetelmän ohutkalvofluoresoivien antureiden rakentamiseen erilaisiin tarpeisiin. joustava lähestymistapa.
Tässä työssä ACQ-molekyyliä Me4BOPHY-1 käytettiin kapseloituna orgaanisena vieraana, joka upotettiin metalli-orgaaniseen kehykseen ZIF-8 käyttäen yksinkertaista kiinteäfaasisynteesimenetelmää ja sen fluoresenssiemissio-ominaisuuksia. niitä säädettiin säätämällä lataussuhdetta. MOF:t (ZIF-8) antoivat vierasmolekyylille MOF:t (ZIF-8) tarjoavat erilaisia nanoonteloita vierasmolekyyleille, mikä vähentää fluoresoivien aineiden itseaggregaatiota. molekyylejä ja voittamaan tehokkaasti Me4BOPHYn-1 ACQ-vaikutuksen. Molekyylin solid-state fluoresenssin kvanttitehokkuus (QY) nousi 0,76 %:sta 19,72 %:iin vierasmolekyylien eri suhteilla. Lisäksi saavutettiin dietyylikloorifosfaatin (DCP), hermoainesariinin analogin kaasufaasitunnistus (kuvio 1).
Kuva 1. Fluoresenssin kvanttitehokkuuden ja orgaanisten fluoresoivien pienimolekyylisten koettimien tunnistussuorituskyvyn parantaminen isäntä-vieras upotettuja rakenteita käyttämällä.
MEMS-ulokesäteen adsorptiotutkimukset ovat osoittaneet, että isäntävieraan upotetun MOF-anturin esirikastaminen mitattavaa kaasua varten antoi sondille erinomaisen kaasuntunnistuskyvyn, jonka vasteaika oli jopa 3 sekuntia ja havaitsemisraja niin alhainen. kuin 1,13 ppb. Lisäksi MOF:n häkkivaikutus parantaa analyytin selektiivisyyttä, ja Me4BOPHY-1＠ZIF-8 on erittäin selektiivinen häiritsevälle HCl-kaasulle. -8 on merkittävästi heikompi vasteena häiritsevälle HCl-kaasulle, mikä oli väistämätöntä aikaisemmassa kirjallisuudessa. Samaan aikaan organometallisen runkorakenteen "häkkivaikutus" varmistaa myös anturin hyvän fotostabiilisuuden ja lämpöstabiilisuuden. Organofluoresoivien molekyylien lämpöhajoamislämpötila nostettiin 200 astetta 527 asteeseen ja alkuperäinen fluoresenssin intensiteetti säilyi jopa 4800 s lasersäteilytyksen jälkeen virityskaistalla. Yhteenvetona voidaan todeta, että kohde-objekti upotettu suunnittelustrategia tarjoaa ohutkalvofluoresoivan kaasuanturin, jolla on korkea 3S (herkkyys, selektiivisyys ja stabiilisuus) kaasuanalyyteille, ja tarjoaa joustavan menetelmän ohutkalvofluoresoivien antureiden rakentamiseen erilaisiin tarpeisiin. Ohutkalvofluoresoiville antureille ehdotetaan kehittynyttä suunnittelustrategiaa lupaavilla sovelluksilla vaarallisten kaasujen havaitsemisessa (kuva 2).
Kuva 2. Isäntä-vieras upotettu MOF-anturi toteuttaa korkean 3S-synteesin (herkkyys, selektiivisyys, vakaus)
Paperin ensimmäinen kirjoittaja on instituuttimme maisteriopiskelija Zhengqi Shen ja vastaavat kirjoittajat Yanyan Fu, tutkija, Jiangong Cheng ja Min Tu, nuori tutkija. Työtä auttoivat myös nuori tutkija Kai Qi, projektitutkija Xiuyun Jiang ja professori Zhiyong Fan Hongkongin tiede- ja teknologiayliopistosta. Aiheeseen liittyvää työtä ovat tukeneet tiede- ja teknologiaministeriön National Key Research and Development Programme (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), National Natural Science Foundation of China (62022085, 62301544, 61831021, 2220129), Shanghai Science and Technology8 and Technology. (22QA1410800).
