實現(xiàn)敏感薄膜的高性能化的主要途徑

作為入選2022年度IUPAC化學十大新興技術之一，薄膜熒光傳感器（FFSs）以其卓越的探測性能、優(yōu)異的可集成性，以及低功耗和小型化等特征成為國際公認的新一代最具發(fā)展?jié)摿Φ奈⒑哿课镔|探測技術。其中，敏感薄膜材料創(chuàng)制和高性能化是獲得高性能薄膜熒光傳感器的關鍵，其核心又是高性能敏感單元的創(chuàng)制；而只有在實現(xiàn)理性設計、激發(fā)態(tài)過程精準調控后才可獲得理想敏感單元，進而實現(xiàn)敏感薄膜的高性能化的主要途徑。

激發(fā)態(tài)質子轉移的分子內(nèi)電荷作用調控策略

近日，中國科學院院士、陜西師范大學教授房喻團隊以激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質子轉移片段為受體結構，通過引入分子內(nèi)跨空間電荷作用，發(fā)展了一種激發(fā)態(tài)質子轉移的分子內(nèi)電荷作用調控新機制。

基于該策略，房喻等依次改變供電子片段（萘、菲、芘），以增加分子內(nèi)片段間耦合作用，進而精準操控體系的激發(fā)態(tài)過程。光譜學研究和理論計算表明，在光激發(fā)下，通過調節(jié)分子內(nèi)非共價相互作用和溶劑極性，可以連續(xù)調控該分子體系的激發(fā)態(tài)質子轉移和激發(fā)態(tài)分子內(nèi)電荷轉移，并實現(xiàn)不同時間尺度和不同方向的熱力學和動力學操控。

在以往的操縱激發(fā)態(tài)反應的典型設計中，是使用簡單但有效的π堆積策略。π堆疊構型中的穿透空間相互作用可能導致電子的離域分布，導致基態(tài)或激發(fā)態(tài)的電荷轉移。

其相關成果近期發(fā)表于新出版的《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）。陜西師范大學為唯一署名單位，劉科博士為論文第一作者，房喻與劉太宏副教授為共同通訊作者。

此外，論文作者的研究還表明，基于三種敏感單元發(fā)展的陣列型FFSs對2-氯乙基硫醚氣體（芥子氣模擬物）表現(xiàn)出靈敏、高選擇、可逆?zhèn)鞲刑匦?，實驗檢出限低于50 ppb，響應時間小于5秒。

該研究領域的相關專家認為，以具有立體結構分子為基礎，該工作所發(fā)展的以激發(fā)態(tài)分子內(nèi)電荷轉移（ESICT）調控激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質子轉移（ESIPT）策略不僅僅豐富了熒光分子的激發(fā)態(tài)過程，獲得了多樣化熒光分子，而且為發(fā)展傳質效率高、傳感對象適應面廣的多樣化高性能熒光敏感薄膜材料提供了新的思路。

(A)基于三種熒光膜的傳感器陣列示意圖。(B)制備的傳感器陣列對CEES的熒光反應和100ppm濃度的潛在干擾。誤差條表示每個樣本的五個平行測量的標準偏差。(C)傳感器陣列在有CEES蒸氣的情況下的可回收性結果(10個循環(huán))。(D)傳感器陣列對二乙硫醚和CEES的響應痕跡。(E)所有被測試分析物的準確聚類的等級聚類分析樹狀圖(參照表S4)。(F)傳感器陣列對不同濃度的CEES蒸氣的熒光反應，每次測量重復三次。
責任編輯：彭菁