【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所蔣長(zhǎng)龍研究員團(tuán)隊(duì)在可視化檢測(cè)環(huán)境中多組分有機(jī)溶劑研究方面取得了新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有光物理化特性的新型供體-受體(Donor-acceptor)類型的黃酮類熒光染料，其熒光顏色和強(qiáng)度會(huì)隨極性和粘度的變化而改變，實(shí)現(xiàn)溶劑極性及溫度的可視化快速響應(yīng)。相關(guān)研究成果以“Donor-acceptor Type Solvatochromic Flavonoid Materials Fluorophores for Polarity Sensing and Real-time Temperature Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202415250)上。
供受體熒光染料(D-A)對(duì)特定分子或環(huán)境具有高選擇性和敏感性，是理想的傳感材料，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物傳感等方面，在傳感器領(lǐng)域中有著重要的地位。然而，目前的供受體熒光染料由于在一定條件下量子產(chǎn)率較差，實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)熒光猝滅現(xiàn)象，同時(shí)還面臨著性能穩(wěn)定性、光照條件下的表現(xiàn)等方面的挑戰(zhàn)。因此，亟需綜合考慮材料設(shè)計(jì)、合成方法以及實(shí)際應(yīng)用中的環(huán)境因素等，開(kāi)發(fā)新的D-A染料并進(jìn)行功能化復(fù)合研究，進(jìn)而優(yōu)化其性能、拓展其應(yīng)用。
針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)并合成了一種新型的給受體型類黃酮染料分子，即“AFL”，它具有極性依賴的熒光發(fā)射波長(zhǎng)偏移和粘度依賴的熒光強(qiáng)度變化特性，可用于極性測(cè)量和溫度傳感。由于高極性有機(jī)溶劑中激發(fā)態(tài)能的降低會(huì)增強(qiáng)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)，因此AFL會(huì)發(fā)生熒光發(fā)射波長(zhǎng)偏移，對(duì)不同極性溶劑表現(xiàn)出不同的熒光顏色響應(yīng)，從而區(qū)分不同極性的溶劑。
在此基礎(chǔ)之上，研究人員通過(guò)將AFL染料與十四烷酸(tetradecanoic acid，TA)復(fù)合設(shè)計(jì)出AFL@TA復(fù)合傳感材料，其粘度隨溫度變化而改變，進(jìn)而誘導(dǎo)熒光強(qiáng)度變化。在高粘度條件下，AFL@TA熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，而低粘度則會(huì)導(dǎo)致熒光強(qiáng)度減弱，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的可視化監(jiān)測(cè)。為進(jìn)一步拓展AFL@TA復(fù)合傳感材料的應(yīng)用，研究人員制備了厚度為 0.05 cm 的AFL@TA復(fù)合膜，它具有良好的柔韌性、可回收性與穩(wěn)定性，可在各種場(chǎng)景甚至一些極端條件下用作溫度傳感器。在 283.15-323.15 K 的溫度范圍內(nèi)，溫度與熒光強(qiáng)度之間存在良好的線性關(guān)系，復(fù)合薄膜的綠色熒光隨著溫度的升高而減弱。傳感器的熒光模式和比色模式都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)視覺(jué)檢測(cè)，且響應(yīng)速度極快。
該研究為開(kāi)發(fā)新型D-A類熒光傳感材料提供了全新方案，并拓展了D-A類黃酮染料在可視化傳感技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
圖1.供體受體熒光染料AFL的合成路線以及基于AFL的熒光傳感器的設(shè)計(jì)思路和響應(yīng)機(jī)制。
圖2.基于AFL的熒光傳感器的溶劑檢測(cè)。
圖3.AFL@TA薄膜應(yīng)用于溫度檢測(cè)。
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