【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質科學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境中多組分有機溶劑研究方面取得了新進展。該團隊開發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，實現溶劑極性及溫度的可視化快速響應。相關研究成果以“Donor-acceptor Type Solvatochromic Flavonoid Materials Fluorophores for Polarity Sensing and Real-time Temperature Monitoring”為題發表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202415250)上。
供受體熒光染料(D-A)對特定分子或環境具有高選擇性和敏感性，是理想的傳感材料，廣泛應用于環境監測、生物傳感等方面，在傳感器領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率較差，實際應用中經常出現熒光猝滅現象，同時還面臨著性能穩定性、光照條件下的表現等方面的挑戰。因此，亟需綜合考慮材料設計、合成方法以及實際應用中的環境因素等，開發新的D-A染料并進行功能化復合研究，進而優化其性能、拓展其應用。
針對上述問題，研究人員設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態能的降低會增強分子內電荷轉移(ICT)，因此AFL會發生熒光發射波長偏移，對不同極性溶劑表現出不同的熒光顏色響應，從而區分不同極性的溶劑。
在此基礎之上，研究人員通過將AFL染料與十四烷酸(tetradecanoic acid，TA)復合設計出AFL@TA復合傳感材料，其粘度隨溫度變化而改變，進而誘導熒光強度變化。在高粘度條件下，AFL@TA熒光強度增強，而低粘度則會導致熒光強度減弱，實現對溫度的可視化監測。為進一步拓展AFL@TA復合傳感材料的應用，研究人員制備了厚度為 0.05 cm 的AFL@TA復合膜，它具有良好的柔韌性、可回收性與穩定性，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，溫度與熒光強度之間存在良好的線性關系，復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對溫度的實時視覺檢測，且響應速度極快。
該研究為開發新型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領域的應用。
上述研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、區域創新發展聯合基金、安徽省自然科學基金、安徽省重點研發計劃等項目的支持。
圖1.供體受體熒光染料AFL的合成路線以及基于AFL的熒光傳感器的設計思路和響應機制。
圖2.基于AFL的熒光傳感器的溶劑檢測。
圖3.AFL@TA薄膜應用于溫度檢測。
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