近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究人員在薄膜熒光傳感器研究方面取得進(jìn)展。該研究為制備優(yōu)異的薄膜熒光傳感器提供了有效策略，對熒光傳感與氣體吸附的協(xié)同過程進(jìn)行了實驗驗證與理論計算闡釋。相關(guān)成果以Fluorophor embedded MOFs steering gas ultra-recognition為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

近年來，薄膜熒光傳感器在氣體傳感領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，因具有較高的靈敏度、響應(yīng)性和選擇性，是目前最有前景的痕量物質(zhì)檢測技術(shù)之一。然而，多數(shù)熒光敏感材料存在聚集熒光淬滅（ACQ）效應(yīng)和光漂白現(xiàn)象，使得滿足實際應(yīng)用要求的熒光傳感材料并不多見。這限制了熒光敏感材料在氣體檢測方面的應(yīng)用，亟待開發(fā)用于氣體傳感的新型高性能敏感材料。針對薄膜有機(jī)熒光探針材料面臨的固態(tài)熒光量子效率差、光穩(wěn)定性差等問題，研究人員將有機(jī)熒光客體搭載到金屬有機(jī)框架（MOF）中，開發(fā)了一種對氣體分析物具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性的新型主客體式薄膜熒光氣體傳感器，為構(gòu)建滿足不同需求的薄膜熒光傳感器提供了靈活的方法。

該工作以ACQ分子Me4BOPHY-1作為被封裝有機(jī)客體，采用簡單的固相合成方法嵌入金屬有機(jī)框架ZIF-8中，通過調(diào)整負(fù)載比例調(diào)節(jié)其熒光發(fā)射特性。MOFs（ZIF-8）為客體分子提供了各種納米空腔，從而減少了熒光分子的自聚集，有效克服Me4BOPHY-1的ACQ效應(yīng)。負(fù)載不同比例的客體后，分子的固態(tài)熒光量子效率從0.76%最高提升到19.72%。進(jìn)一步，研究實現(xiàn)了對神經(jīng)毒劑沙林的模擬物氯磷酸二乙酯的氣相識別。

MEMS懸臂梁吸附研究表明，主客體嵌入式MOF傳感器對待測氣體的預(yù)富集賦予了探針優(yōu)異的氣體傳感能力，響應(yīng)時間可達(dá)3 s，檢測限低至1.13 ppb。MOF的籠化效應(yīng)提高了對于分析物的選擇性，Me4BOPHY-1@ZIF-8對干擾性氣體HCl的響應(yīng)明顯變?nèi)?，而這在以前的文獻(xiàn)報道中是不可避免的。此外，有機(jī)金屬框架結(jié)構(gòu)的“籠化效應(yīng)”還確保了傳感器良好的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。有機(jī)熒光分子的熱分解溫度從200 ℃升至527 ℃，且在激發(fā)光波段的激光持續(xù)4800 s的照射下仍能保持初始熒光強(qiáng)度。

相關(guān)工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金，以及上海市科學(xué)技術(shù)委員會等的支持。