Baru-baru ini, Makmal Teknologi Penderiaan Institut Mikrosistem dan Teknologi Maklumat Shanghai, Akademi Sains China (SIIST) telah mencapai kemajuan penting dalam penyelidikan penderia pendarfluor filem nipis. Kerja ini menyediakan strategi yang berkesan untuk penyediaan penderia pendarfluor filem nipis yang sangat baik, dan secara eksperimen mengesahkan dan mengira secara teori proses sinergistik penderiaan pendarfluor dan penjerapan gas.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penderia pendarfluor filem nipis telah memainkan peranan penting dalam bidang penderiaan gas, terutamanya dalam bidang penderiaan bahaya sosial seperti bahan letupan, agen saraf dan dadah. Oleh kerana kepekaan, tindak balas dan selektiviti yang tinggi, ia adalah salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk pengesanan bahan surih. Walau bagaimanapun, kebanyakan bahan sensitif pendarfluor mengalami kesan pelindapkejutan pendarfluor agregat (ACQ) dan fenomena pelunturan foto, yang menjadikan bahan penderiaan pendarfluor yang memenuhi keperluan aplikasi praktikal jarang berlaku. Ini sangat mengehadkan penggunaan bahan sensitif pendarfluor dalam pengesanan gas, dan terdapat keperluan mendesak untuk membangunkan bahan sensitif berprestasi tinggi baharu untuk penderiaan gas. Menyasarkan masalah kecekapan kuantum pendarfluor keadaan pepejal yang lemah dan kestabilan foto yang lemah yang dihadapi oleh bahan probe pendarfluor organik filem nipis, para penyelidik membangunkan jenis penderia gas pendarfluor filem nipis hos tetamu baharu dengan 3S tinggi (sensitiviti, selektiviti, kestabilan). ) untuk analit gas dengan membonceng tetamu pendarfluor organik ke rangka kerja logam-organik (MOF), yang menyediakan kaedah yang fleksibel untuk membina penderia pendarfluor filem nipis untuk memenuhi keperluan yang berbeza. pendekatan yang fleksibel.
Dalam kerja ini, molekul ACQ Me4BOPHY-1 digunakan sebagai tetamu organik terkapsul, yang dibenamkan ke dalam rangka kerja logam-organik ZIF-8 menggunakan kaedah sintesis fasa pepejal ringkas dan ciri pelepasan pendarfluornya telah dilaraskan dengan melaraskan nisbah pemuatan. MOF (ZIF-8) menyediakan molekul tetamu dengan MOFs (ZIF-8) menyediakan pelbagai nanokaviti untuk molekul tetamu, sekali gus mengurangkan pengagregatan sendiri pendarfluor molekul dan berkesan mengatasi kesan ACQ Me4BOPHY-1. Kecekapan kuantum pendarfluor keadaan pepejal (QY) molekul telah meningkat daripada 0.76% kepada 19.72% dengan nisbah molekul tetamu yang berbeza. Selanjutnya, pengenalpastian fasa gas dietil klorofosfat (DCP), analog agen saraf sarin, telah dicapai (Rajah 1).
Rajah 1. Peningkatan kecekapan kuantum pendarfluor dan prestasi penderiaan probe molekul kecil pendarfluor organik menggunakan struktur terbenam hos tetamu.
Kajian penjerapan rasuk julur MEMS telah menunjukkan bahawa pra-pengayaan penderia MOF tertanam hos tetamu untuk gas yang akan diukur memberikan probe dengan keupayaan penderiaan gas yang sangat baik, dengan masa tindak balas sehingga 3 saat dan had pengesanan serendah sebagai 1.13 ppb. Lebih-lebih lagi, kesan sangkar MOF meningkatkan selektiviti analit dan Me4BOPHY-1＠ZIF-8 sangat selektif kepada HCl gas yang mengganggu. -8 adalah lebih lemah dengan ketara sebagai tindak balas kepada gas HCl yang mengganggu, yang tidak dapat dielakkan dalam literatur sebelumnya. Sementara itu, "kesan sangkar" struktur rangka organologam juga memastikan kestabilan foto dan kestabilan haba sensor yang baik. Suhu penguraian terma bagi molekul organofluoresen dinaikkan daripada 200 darjah kepada 527 darjah, dan keamatan pendarfluor awal dikekalkan walaupun selepas 4800s penyinaran laser dalam jalur pengujaan. Ringkasnya, strategi reka bentuk terbenam subjek-objek menyediakan penderia gas pendarfluor filem nipis dengan 3S tinggi (kepekaan, selektiviti dan kestabilan) untuk analit gas, dan menawarkan kaedah yang fleksibel untuk membina penderia pendarfluor filem nipis untuk memenuhi keperluan yang berbeza. Strategi reka bentuk lanjutan untuk penderia pendarfluor filem nipis dengan aplikasi yang menjanjikan dalam penderiaan gas berbahaya dicadangkan (Rajah 2).
Rajah 2. Penderia MOF terbenam hos tetamu merealisasikan sintesis 3S (kepekaan, selektiviti, kestabilan) yang tinggi
Pengarang pertama kertas kerja ialah Zhengqi Shen, pelajar sarjana institut kami, dan pengarang yang sepadan ialah Yanyan Fu, seorang penyelidik, Jiangong Cheng, dan Min Tu, seorang penyelidik muda. Kerja itu turut dibantu oleh Penyelidik Muda Kai Qi, Project Associate Xiuyun Jiang dan Prof. Zhiyong Fan dari Universiti Sains dan Teknologi Hong Kong. Kerja berkaitan itu disokong oleh Program Penyelidikan dan Pembangunan Utama Kebangsaan Kementerian Sains dan Teknologi (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China (62022085, 62301544, 61831021, 2220128, 2220128 Sains dan Teknologi), dan Suruhanjaya Shanghai. (22QA1410800).
