房喻/彭灵雅/刘科Anal. Chem.：荧光纳米膜高性能氨传感！

崛步化学 · 公众号 · · 2024-02-01 11:59

正文

研究内容

传感材料的创新在高性能薄膜荧光传感器的发展中起着至关重要的作用。

陕西师范大学房喻、彭灵雅和西北农林科技大学刘科提出了通过一种特殊设计的荧光构建块，一种新的硼配位化合物(NI-CHO)与一种选定的化合物，苯-1,3,5-三碳酰肼(BTH)的界面限制动态反应，制备了四种荧光纳米膜。制备的纳米膜坚固、均匀、柔性且厚度可调，至少为40-1500 nm。基于四种纳米膜之一的膜3制备的FFS显示出对NH₃蒸汽的高度选择性和完全可逆的响应，检测极限小于0.1 ppm，响应时间为0.2 s。相关工作以“Interfacially Confined Dynamic Reaction Resulted to Fluorescent Nanofilms Depicting High-Performance Ammonia Sensing”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 作者引入了化学编织的概念，将硼配位的小分子固定到聚合物纳米膜中。进一步设计了一种具有两个反应位点的反应性构建块，即含硼分子NI-CHO，并选择苯-1,3,5-三碳酰肼(BTH)作为另一个构建块。借助空气/DMSO界面约束的动力学反应，制备了荧光纳米膜。

要点2. 纳米膜是自立的、柔性的和高度荧光的。其膜坚固、均匀、柔性且厚度可调，至少为40-1500 nm。基于四种纳米膜之一的膜3制备的FFS显示出对NH₃蒸汽的高度选择性和完全可逆的响应，检测极限小于0.1 ppm，响应时间为0.2 s。

要点3. 纳米膜前所未有的高性能归因于其荧光发射的特异性猝灭，这是由于在传感单元和分析物分子之间形成了激发态复合物。由于纳米膜的多孔结构，有效的传质也有助于获得高性能。

这项工作提供了一个例子来展示如何通过控制薄膜的结构，特别是厚度来开发高性能传感薄膜。

研究图文

图1.（a）两个构建块的分子结构及其对荧光纳米膜的化学反应的示意图和（b）纳米膜的制备示意图。

图2.（a）BTH(橙)、NI-CHO(红)和相应的NI-BTH纳米膜(蓝)的FTIR。（b、c）NI-BTH纳米膜的C 1s和N 1s XPS。（d）用镊子折叠的纳米膜的照片(顶)和在紫外光(365 nm，底部)下拍摄的不同形状的纳米膜荧光图像。（e）硅衬底上的NI-BTH纳米膜的SEM。（f）EDX元素。

图3.（a）纳米膜的AFM，其中镶嵌物是它们的高度轮廓。（b）四种纳米薄膜在日光和紫外线(365 nm)下拍摄的照片。（c）四种纳米膜的荧光发射光谱，插图：530 nm处的荧光强度随膜厚度的变化。（d）纳米膜对浓度为1000 ppm的NH₃蒸汽的荧光强度变化。

图4.（a）NI-BTH纳米膜的归一化紫外-可见吸收光谱(蓝)和荧光发射(粉)光谱(λ_ex=420 nm)。（b）NI-BTH纳米膜暴露于饱和NH₃蒸汽(λex=420 nm)前后的荧光发射光谱和图像。（c）NI-BTH纳米膜对NH₃蒸汽的荧光响应和饱和浓度下的潜在干扰。（d）NI-BTH纳米膜对浓度为1000 ppm的NH₃蒸汽的响应的可逆性(40次循环)。（e）NI-BTH纳米膜对1000 ppm NH₃蒸汽的响应和回收时间。（f）NI-BTH纳米膜对不同浓度的NH₃蒸汽的荧光响应，其中每次测量重复四次，插图:响应强度和NH₃蒸汽浓度之间的线性关系。注：I和I₀分别表示在分析物蒸汽和清洁空气存在下纳米膜的荧光强度。

图5.（a）两种荧光化合物(平面结构，NI Py；立体结构，NI-CBN)和纳米膜的化学结构。（b）化合物基薄膜和NI-BTH纳米薄膜对NH₃蒸汽的传感性能。（c，d）暴露于NH₃蒸汽后，NI-BTH纳米膜的紫外-可见吸收和荧光发射变化(λ_ex=420 nm，采样时间=0.2 s)。（e）NI-BTH纳米膜对NH₃的合理传感机制。

文献详情

Interfacially Confined Dynamic Reaction Resulted to Fluorescent Nanofilms Depicting High-Performance Ammonia Sensing

Jingjing Liang, Dingfang Hu, Wenjun Xu, Lingya Peng,* Ke Liu,* Yu Fang*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05032

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