多孔的外衣:有机荧光探针的新契机

空气污染,特别是有刺激性气味的、产生毒害作用的气体,已经严重地威胁到了我们赖以生存的环境和身体健康,成为可持续发展战略中急需解决的问题。因此,开发快速精确地检测这些气体的高品质气敏材料已经是一个重要的研究课题。目前应用较为广泛的气敏材料多是无机金属氧化物材料。对于有机发光材料,因其结构多样性和功能灵活性,应该成为合适的气敏材料。然而它们相对弱的结构稳定性和环境适应性使得其检测寿命和效果在实际的操作中大打折扣,以至于人们不得已转向研究其它的探针材料。

金属有机框架材料凭借其规则的多孔性、优异的稳定性和独特的吸附性成为近些年研究的热点,而且其在气体吸附、材料负载以及智能响应等方面都展示了出色的表现。美中不足的唯有功能化所带来的复杂的结构合成和形貌制备。基于上述这些考虑,新加坡南洋理工大学赵彦利教授课题组结合实验室前期的工作,成功地构筑了一种全新的基于有机荧光探针和金属有机框架的复合响应材料。

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这一复合材料的设计主要是基于二萘胺在不同溶剂中的氧化程度以及产物与原料之间电荷转移的相互作用。在这一工作中,作者利用有机物质在表面活性剂作用下的可控生长,将二萘胺长成规则的多面体形态。随后,在聚乙烯吡咯烷酮的作用下为其披上了多孔的金属有机框架的外衣,有效地改善了这一有机物质原本较弱的稳定性和环境适应能力。在做为气敏材料的应用中,这一复合材料更是发挥出了两者结合的优势,对15种不同的溶剂蒸汽表现出智能响应。特别是对丙酮蒸汽,复合材料的荧光变化最为明显,从蓝色逐渐变为绿色最后变为黄色。更有趣的是,这一复合材料在脱气的条件下还可以实现重复使用,而且具有很高的结构稳定性。

通过该研究工作,作者不仅发展了一类结构简单、便于大量生产以及具有宽光学调节范围的气致变色材料,而且也为构筑智能响应复合材料提供了一个新的思路。这一研究成果发表在近期的Small(DOI: 10.1002/smll.201600437)上。