Recentemente, o Sensing Technology Laboratory do Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology, Chinese Academy of Sciences (SIIST) fez um progresso importante na pesquisa de sensores fluorescentes de película fina. Este trabalho fornece uma estratégia eficaz para a preparação de excelentes sensores fluorescentes de película fina, e verifica experimentalmente e calcula teoricamente o processo sinérgico de detecção de fluorescência e adsorção de gás.
Nos últimos anos, sensores fluorescentes de película fina têm desempenhado um papel crucial no campo de detecção de gás, especialmente no campo de detecção de riscos sociais, como explosivos, agentes nervosos e drogas. Devido à sua alta sensibilidade, capacidade de resposta e seletividade, eles são uma das tecnologias mais promissoras para detecção de substâncias traço. No entanto, a maioria dos materiais sensíveis à fluorescência sofre com o efeito de extinção de fluorescência agregada (ACQ) e fenômeno de fotobranqueamento, o que torna raros os materiais de detecção fluorescentes que atendem aos requisitos de aplicações práticas. Isso limita muito a aplicação de materiais sensíveis à fluorescência na detecção de gás, e há uma necessidade urgente de desenvolver novos materiais sensíveis de alto desempenho para detecção de gás. Visando os problemas de baixa eficiência quântica de fluorescência de estado sólido e baixa fotoestabilidade enfrentados por materiais de sonda fluorescente orgânica de filme fino, os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de sensor de gás fluorescente de filme fino hospedeiro-hóspede com alto 3S (sensibilidade, seletividade, estabilidade) para analitos de gás, conectando um hóspede fluorescente orgânico a uma estrutura metal-orgânica (MOF), o que forneceu um método flexível para construir sensores fluorescentes de filme fino para satisfazer diferentes necessidades. abordagem flexível.
Neste trabalho, a molécula ACQ Me4BOPHY-1 foi usada como um hóspede orgânico encapsulado, que foi incorporado em uma estrutura metal-orgânica ZIF-8 usando um método simples de síntese em fase sólida, e suas características de emissão de fluorescência foram ajustadas ajustando a taxa de carga. Os MOFs (ZIF-8) forneceram à molécula hóspede um Os MOFs (ZIF-8) fornecem várias nanocavidades para as moléculas hóspedes, reduzindo assim a autoagregação de moléculas fluorescentes e superando efetivamente o efeito ACQ de Me4BOPHY-1. A eficiência quântica de fluorescência em estado sólido (QY) da molécula foi aumentada de 0.76% para 19.72% com diferentes taxas de moléculas hóspedes. Além disso, a identificação em fase gasosa do clorofosfato de dietila (DCP), um análogo do agente nervoso sarin, foi alcançada (Figura 1).
Figura 1. Melhoria da eficiência quântica de fluorescência e desempenho de detecção de sondas orgânicas fluorescentes de pequenas moléculas usando estruturas incorporadas de hospedeiro-hóspede.
Estudos de adsorção de feixe cantilever MEMS mostraram que o pré-enriquecimento do sensor MOF incorporado hospedeiro-hóspede para o gás a ser medido dotou a sonda com excelente capacidade de detecção de gás, com um tempo de resposta de até 3 s e um limite de detecção tão baixo quanto 1,13 ppb. Além disso, o efeito de enjaulamento do MOF melhora a seletividade do analito, e o Me4BOPHY-1＠ZIF-8 é altamente seletivo para o gás interferente HCl. -8 é significativamente mais fraco em resposta ao gás interferente HCl, o que era inevitável na literatura anterior. Enquanto isso, o "efeito de enjaulamento" da estrutura da estrutura organometálica também garante a boa fotoestabilidade e estabilidade térmica do sensor. A temperatura de decomposição térmica das moléculas organofluorescentes foi aumentada de 200 graus para 527 graus, e a intensidade inicial da fluorescência foi mantida mesmo após 4800 s de irradiação a laser na banda de excitação. Em resumo, a estratégia de design embarcado sujeito-objeto fornece um sensor de gás fluorescente de película fina com alto 3S (sensibilidade, seletividade e estabilidade) para analitos de gás e oferece um método flexível para construir sensores fluorescentes de película fina para satisfazer diferentes necessidades. Uma estratégia de design avançada para sensores fluorescentes de película fina com aplicações promissoras em detecção de gases perigosos é proposta (Figura 2).
Figura 2. O sensor MOF incorporado host-guest realiza alta síntese 3S (sensibilidade, seletividade, estabilidade)
O primeiro autor do artigo é Zhengqi Shen, um aluno de mestrado do nosso instituto, e os autores correspondentes são Yanyan Fu, um pesquisador, Jiangong Cheng, e Min Tu, um jovem pesquisador. O trabalho também foi auxiliado pelo Jovem Pesquisador Kai Qi, Associado do Projeto Xiuyun Jiang e Prof. Zhiyong Fan da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. O trabalho relacionado foi apoiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento do Ministério da Ciência e Tecnologia (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) e a Comissão de Ciência e Tecnologia de Xangai (22QA1410800).
