東華大學(xué)：研發(fā)共軛微孔聚合物的化學(xué)傳感器應(yīng)用

在快速發(fā)展的信息化時(shí)代，隨著物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，傳感技術(shù)在生活、家居、醫(yī)療、軍事、交通等諸多領(lǐng)域中有著舉足輕重的地位，歐美日等諸多發(fā)達(dá)國(guó)家都將傳感技術(shù)列為關(guān)鍵核心技術(shù)之一。通常，各種傳感器的研究進(jìn)展很大程度上取決于新型傳感材料的開(kāi)發(fā)。

高分子化學(xué)傳感器因具有分子可設(shè)計(jì)性、高選擇性、輕質(zhì)和低工作溫度等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了其他傳感器的不足，受到越來(lái)越多的關(guān)注。共軛微孔聚合物(Conjugated microporous polymers, CMPs)是一類(lèi)具有可擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)、孔徑可調(diào)、比表面積高和分子可設(shè)計(jì)的新型多孔材料。這類(lèi)材料因其可擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的光電特性，能通過(guò)改變其固有熒光和導(dǎo)電性，進(jìn)而用于檢測(cè)各種化學(xué)物質(zhì)。雖然，基于CMPs的化學(xué)傳感器的研究正在快速發(fā)展，但目前尚缺少對(duì)CMPs化學(xué)傳感研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景的全面概述。因此，系統(tǒng)總結(jié)基于CMPs的化學(xué)傳感研究對(duì)于發(fā)展傳感前沿應(yīng)用具有里程碑的意義。

1.CMPs傳感材料的設(shè)計(jì)

通常，構(gòu)筑具有化學(xué)傳感特性的CMPs的合成策略與粉末狀的CMPs的合成方法相似，通過(guò)金屬偶聯(lián)反應(yīng)(如Yamamoto、Suzuki、Sonogashira反應(yīng))、席夫堿反應(yīng)以及環(huán)化反應(yīng)等鍵合不同拓?fù)湫蛄?如C2、C3、C4 及 C6)共軛單體進(jìn)行制備。綜述中對(duì)典型的構(gòu)筑單元和具體的合成策略進(jìn)行了總結(jié)與對(duì)比。此外，為了滿足復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，不同宏觀形狀(膜、纖維等)CMPs的合成策略也進(jìn)行了歸納。精準(zhǔn)的分子設(shè)計(jì)賦予了CMPs多種功能特性，有利于選擇性的識(shí)別探測(cè)目標(biāo)，使其在高選擇性、高靈敏度和快速響應(yīng)的化學(xué)傳感材料中發(fā)展?jié)摿εc研究?jī)r(jià)值。

2. CMPs傳感材料的分類(lèi)及傳感機(jī)理

根據(jù)傳感機(jī)理的不同，可將基于CMPs的化學(xué)傳感器分為熒光型、電化學(xué)型、比色型、電阻型和組合功能型傳感器。綜述中對(duì)這五種類(lèi)型的傳感器進(jìn)行了分析與對(duì)比，并重點(diǎn)介紹了熒光型傳感器。其傳感機(jī)制可以歸因于諧振能量轉(zhuǎn)移、供受體間電子轉(zhuǎn)移、吸收競(jìng)爭(zhēng)淬滅效應(yīng)以及協(xié)同作用等。雖然目前尚未有CMPs應(yīng)用于電阻型傳感器，但CMPs的固有特性使其有實(shí)現(xiàn)的可能，對(duì)于拓展CMPs的應(yīng)用有重要的意義。

3. CMPs傳感器的實(shí)際應(yīng)用

通過(guò)利用CMPs的光電特性和孔徑結(jié)構(gòu)，可將CMPs拓展應(yīng)用在傳感領(lǐng)域(工業(yè)廢氣、爆炸物、金屬陽(yáng)離子、鹵素、微生物污染物、有機(jī)污染物和生物診斷)，甚至將這些功能集成在一起構(gòu)建組合功能傳感器。綜述中通過(guò)列舉代表性的參考文獻(xiàn)總結(jié)了不同應(yīng)用場(chǎng)景的CMPs及其特點(diǎn)。目前，基于CMPs的化學(xué)傳感器以用于檢測(cè)爆炸物的熒光型傳感器為主，其他類(lèi)型的傳感器發(fā)展還有很大的發(fā)展空間。