Récemment, le laboratoire de technologie de détection de l'Institut des microsystèmes et des technologies de l'information de Shanghai (SIIST) de l'Académie chinoise des sciences a réalisé d'importants progrès dans la recherche sur les capteurs fluorescents à couches minces. Ce travail fournit une stratégie efficace pour la préparation d'excellents capteurs fluorescents à couches minces, et vérifie expérimentalement et calcule théoriquement le processus synergique de détection par fluorescence et d'adsorption de gaz.
Ces dernières années, les capteurs fluorescents à couche mince ont joué un rôle crucial dans le domaine de la détection de gaz, en particulier dans le domaine de la détection de dangers sociaux tels que les explosifs, les agents neurotoxiques et les drogues. En raison de leur sensibilité, de leur réactivité et de leur sélectivité élevées, ils constituent l'une des technologies les plus prometteuses pour la détection de traces de substances. Cependant, la plupart des matériaux sensibles à la fluorescence souffrent d'un effet d'extinction de fluorescence agrégée (ACQ) et d'un phénomène de photoblanchiment, ce qui rend rares les matériaux de détection fluorescents qui répondent aux exigences des applications pratiques. Cela limite considérablement l'application des matériaux sensibles à la fluorescence dans la détection de gaz, et il est urgent de développer de nouveaux matériaux sensibles à hautes performances pour la détection de gaz. Pour résoudre les problèmes de faible efficacité quantique de fluorescence à l'état solide et de faible photostabilité rencontrés par les matériaux de sonde fluorescente organique à couche mince, les chercheurs ont développé un nouveau type de capteur de gaz fluorescent à couche mince hôte-invité avec un 3S (sensibilité, sélectivité, stabilité) élevé pour les analytes gazeux en superposant un invité fluorescent organique sur une structure métallo-organique (MOF), ce qui a fourni une méthode flexible pour construire des capteurs fluorescents à couche mince pour satisfaire différents besoins. approche flexible.
Français Dans ce travail, la molécule ACQ Me4BOPHY-1 a été utilisée comme invité organique encapsulé, qui a été intégré dans une structure métallo-organique ZIF-8 à l'aide d'une méthode simple de synthèse en phase solide, et ses caractéristiques d'émission de fluorescence ont été ajustées en ajustant le rapport de charge. Les MOF (ZIF-8) ont fourni à la molécule invitée un Les MOF (ZIF-8) fournissent diverses nanocavités pour les molécules invitées, réduisant ainsi l'auto-agrégation des molécules fluorescentes et surmontant efficacement l'effet ACQ de Me4BOPHY-1. L'efficacité quantique de fluorescence à l'état solide (QY) de la molécule a été augmentée de 0,76 % à 19,72 % avec différents rapports de molécules invitées. De plus, l'identification en phase gazeuse du chlorophosphate de diéthyle (DCP), un analogue de l'agent neurotoxique sarin, a été réalisée (Figure 1).
Figure 1. Amélioration de l'efficacité quantique de fluorescence et des performances de détection des sondes organiques fluorescentes à petites molécules à l'aide de structures intégrées hôte-invité.
Des études d'adsorption par faisceau cantilever MEMS ont montré que le pré-enrichissement du capteur MOF intégré hôte-invité pour le gaz à mesurer a doté la sonde d'une excellente capacité de détection de gaz, avec un temps de réponse allant jusqu'à 3 s et une limite de détection aussi basse que 1,13 ppb. De plus, l'effet de cage du MOF améliore la sélectivité de l'analyte, et le Me4BOPHY-1＠ZIF-8 est hautement sélectif pour le gaz interférent HCl. -8 est significativement plus faible en réponse au gaz interférent HCl, ce qui était inévitable dans la littérature précédente. Parallèlement, « l'effet de cage » de la structure du cadre organométallique assure également la bonne photostabilité et la stabilité thermique du capteur. La température de décomposition thermique des molécules organofluorescentes a été augmentée de 200 degrés à 527 degrés, et l'intensité initiale de fluorescence a été maintenue même après 4800 s d'irradiation laser dans la bande d'excitation. En résumé, la stratégie de conception intégrée sujet-objet fournit un capteur de gaz fluorescent à couche mince avec un 3S (sensibilité, sélectivité et stabilité) élevé pour les analytes gazeux, et offre une méthode flexible pour construire des capteurs fluorescents à couche mince pour répondre à différents besoins. Une stratégie de conception avancée pour les capteurs fluorescents à couche mince avec des applications prometteuses dans la détection de gaz dangereux est proposée (Figure 2).
Figure 2. Le capteur MOF intégré hôte-invité réalise une synthèse 3S (sensibilité, sélectivité, stabilité) élevée
Le premier auteur de l'article est Zhengqi Shen, étudiant en master de notre institut, et les auteurs correspondants sont Yanyan Fu, chercheur, Jiangong Cheng et Min Tu, jeune chercheur. Le travail a également été aidé par le jeune chercheur Kai Qi, l'associé de projet Xiuyun Jiang et le professeur Zhiyong Fan de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong. Les travaux connexes ont été soutenus par le Programme national de recherche et développement clés du ministère des Sciences et Technologies (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) et la Commission des sciences et technologies de Shanghai (22QA1410800).
