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  • 科研進展

    新疆理化所提出功能化鋯基金屬有機框架實現肼氣氛高靈敏、快速檢測

    發布時間:2024-04-28

    肼具有劇毒性、可燃性和高度的爆炸性,鑒于肼對生命健康和公共安全的巨大威脅,實現其快速、高靈敏、可視化現場檢測具有重要意義。目前,肼的現場檢測存在響應速度慢和抗干擾性差等問題。中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊針對這些問題提出了一種探針識別位點與肼分子間非共價相互作用的精確調控策略,成功實現了肼溶液的超快(2-3 s)熒光點亮檢測,該工作發表于Cell Rep. Phys. Sci. 2022,?3,?100878。

    金屬有機框架(MOFs)得益于多樣化的官能團、開放金屬位點和光響應位點,在光催化、氣體捕獲、能量存儲和熒光傳感等各種領域得到了廣泛的探索。研究發現,激發態可以在整個MOFs框架內產生空間移動,而外來基團/金屬的引入也有可能參與這一過程。然而,外來基團/金屬對電子/能量轉移過程的影響機制以及由此產生的性能仍需要系統的研究。

    如何將基于光誘導能量轉移(PET)的工程技術有效地融入MOFs的設計和構建中,并實現對水合肼的高性能熒光傳感,仍然是一個挑戰性的問題。研究團隊提出了通過5-羧基熒光素(Flu)對UiO-66-OH進行后修飾得到功能化UiO-66-Flu的制備策略,基于PET機制實現了對水合肼的高靈敏、快速熒光檢測。具體為:通過Flu對UiO-66-OH表面的功能化修飾,在UiO-66-Flu的電子結構中引入了外部耦合軌道,從而產生PET過程使UiO-66-Flu本征藍色熒光減弱。UiO-66-Flu檢測肼后產物綠色熒光的可視化識別性能明顯增強,對肼的靈敏度顯著提高。此外,研究發現UiO-66-Flu中的Zr6O6團簇有效降低了肼識別反應的勢壘,從而將肼的檢測限(LOD)提高到27.17 nM,響應時間縮短到4 s(裸眼)。通過將UiO-66-Flu嵌入具有豐富孔隙的PVDF薄膜中,構建了UiO-66-Flu/PVDF薄膜傳感器,在模擬實際應用場景中快速檢測氣態肼方面顯示出誘人潛力。

    該工作開發了一種基于PET機制的后修飾功能化UiO-66-Flu,實現了對水合肼的超靈敏、快速、現場檢測,為功能化金屬有機框架材料在痕量化學傳感的應用開發提供了新方案。

    相關研究成果以“Fluorophore Branching Boosted Photo-induced Energy Transfer in UiO-66 for Ultrasensitive and Instant Hydrazine Sensing”為題發表于Journal of Materials Chemistry A,新疆醫科大學聯合培養碩士研究生羅瑩為第一作者,新疆醫科大學姚軍教授、中國科學院新疆理化所雷達副研究員和竇新存研究員為通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、新疆自然科學基金、天山創新團隊、中央引導地方科技發展項目和國家市場監管重點實驗室(易制爆危險化學品)等項目資助。

    文章鏈接

    圖:通過對MOFs后修飾,提出了一種基于光誘導能量轉移的功能化UiO-66-Flu用于檢測水合肼的設計策略

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