【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所蔣長龍研究員團隊在可視化檢測環(huán)境中多組分有機溶劑研究方面取得了新進展。該團隊開發(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，其熒光顏色和強度會隨極性和粘度的變化而改變，實現(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、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，實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)熒光猝滅現(xiàn)象，同時還面臨著性能穩(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、合成方法以及實際應(yīng)用中的環(huán)境因素等，開發(fā)新的D-A染料并進行功能化復(fù)合研究，進而優(yōu)化其性能、拓展其應(yīng)用。
 

　　針對上述問題，研究人員設(shè)計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)射波長偏移和粘度依賴的熒光強度變化特性，可用于極性測量和溫度傳感。由于高極性有機溶劑中激發(fā)態(tài)能的降低會增強分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)，因此AFL會發(fā)生熒光發(fā)射波長偏移，對不同極性溶劑表現(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，研究人員通過將AFL染料與十四烷酸(tetradecanoic acid，TA)復(fù)合設(shè)計出AFL@TA復(fù)合傳感材料，其粘度隨溫度變化而改變，進而誘導(dǎo)熒光強度變化。在高粘度條件下，AFL@TA熒光強度增強，而低粘度則會導(dǎo)致熒光強度減弱，實現(xiàn)對溫度的可視化監(jiān)測。為進一步拓展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現(xiàn)對溫度的實時視覺檢測，且響應(yīng)速度極快。
 

　　該研究為開發(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。
 

　　上述研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省重點研發(fā)計劃等項目的支持。
 

　　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)計思路和響應(yīng)機制。
 

圖2.基于AFL的熒光傳感器的溶劑檢測。
 

圖3.AFL@TA薄膜應(yīng)用于溫度檢測。