新疆理化所提出電子能量轉(zhuǎn)移機(jī)制實(shí)現(xiàn)乙二胺高效檢測

開發(fā)新型傳感材料及提出新的傳感機(jī)制是搶占智能傳感材料、器件、系統(tǒng)及應(yīng)用的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所痕量化學(xué)物質(zhì)感知團(tuán)隊長期致力于痕量化學(xué)物質(zhì)檢測材料設(shè)計、檢測機(jī)制挖掘、檢測性能提升等研究，在聚簇觸發(fā)磷光的非晶態(tài)銅基納米顆粒、基于內(nèi)濾波效應(yīng)的自加速三?？梢暬限D(zhuǎn)換納米材料、基于分子間空間電荷轉(zhuǎn)移的萘酰亞胺熒光探針等方面發(fā)展了系列新型傳感材料(adv. mater., 2023, 2300526、angew. chem. int. ed., 2022, e202203358、adv. sci., 2024, 11, 2309182、aggregate, 2023, e315、aggregate, 2022, e260、adv. sci., 2020, 7, 2002991等)，實(shí)現(xiàn)了公共安全領(lǐng)域系列關(guān)鍵目標(biāo)待測物的高靈敏、抗干擾檢測。

通過調(diào)控傳感單元與待測物之間的有效相互作用力開發(fā)新型功能化量子點(diǎn)傳感材料對于高效痕量傳感至關(guān)重要。鑒于此，團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)了色酮基配體功能化的cdse/zns量子點(diǎn)-探針(qds-chromone)體系，在無光譜重疊的狀態(tài)下，首次發(fā)現(xiàn)乙二胺特異性驅(qū)動的電子能量轉(zhuǎn)移(eet)機(jī)制，并實(shí)現(xiàn)了乙二胺高靈敏、強(qiáng)特異的熒光、比色雙模檢測。具體設(shè)計策略為：基于待測物乙二胺的強(qiáng)親核性，以色酮基團(tuán)中碳碳雙鍵為識別位點(diǎn)，利用量子點(diǎn)的吸電子特性，進(jìn)一步提升碳碳雙鍵上碳原子的電正性;當(dāng)乙二胺與該識別位點(diǎn)接觸，發(fā)生親核加成反應(yīng)，并形成兩個穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵，導(dǎo)致共軛基團(tuán)的顯著擴(kuò)大從而發(fā)生熒光的明顯變化。通過態(tài)密度及空穴-電子分布分析發(fā)現(xiàn)，qds-chromone體系與乙二胺反應(yīng)前電子-空穴集中在量子點(diǎn)上，主要為量子點(diǎn)發(fā)光;反應(yīng)后電子-空穴集中在配體上，主要為配體發(fā)光。因此，在配體吸收光譜與量子點(diǎn)發(fā)射光譜無重疊的情況下，檢測體系實(shí)現(xiàn)了電子-空穴從量子點(diǎn)至配體的轉(zhuǎn)移，體系熒光由量子點(diǎn)的紅色變?yōu)榕潴w的藍(lán)色，顏色由無色變?yōu)辄S色;對乙二胺溶液的檢測限達(dá)0.11 μm，對乙二胺蒸氣的檢測限達(dá)10 ppm;同時，可以實(shí)現(xiàn)乙二胺與17種胺類化合物和24種其他干擾物(如無機(jī)鹽類易制爆原料、堿性無機(jī)鹽化合物、制式爆炸物、常見生活用品等)的有效區(qū)分。該工作提出的待測物誘導(dǎo)的電子能量轉(zhuǎn)移機(jī)制，有望作為一種更通用和有前景的機(jī)制突破現(xiàn)有痕量傳感設(shè)計策略，為建立與待測物的有效相互作用開辟新的方法，并極大地推進(jìn)功能化量子點(diǎn)在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。

相關(guān)研究成果以“design of highly efficient electronic energy transfer in functionalized quantum dots driven specifically by ethylenediamine”為題發(fā)表于著名化學(xué)期刊jacs的姊妹刊《jacs au》，并被期刊選為supplementary cover，博士研究生任文飛和特別研究助理李繼廣為共同第一作者，祖佰祎研究員和竇新存研究員為共同通訊作者，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所為第一單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院從0到1原始創(chuàng)新項目、新疆天山英才科技創(chuàng)新團(tuán)隊及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的資助。