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Nat. Commun.：上科大章躍標、馬延航、趙英博聯合團隊研發客體適應分子傳感材料

來源：上海科技大學      2023-01-06
導讀：高靈敏、快響應、多模式的氣體傳感材料是人類呼吸生物標志物（如丙酮、丁烷等有機小分子）精準檢測的必要基礎，有望應用于人類重大疾?。ㄈ绶伟┑脑缙谠\斷。動態共價有機框架（dynaCOF）是一種將有機構筑基元通過可靈活轉動的共價鍵鏈接而成的柔性多孔晶體，可對多種客體表現出不同動態結構響應。近期，上?？萍即髮W物質科學與技術學院章躍標、馬延航、趙英博聯合團隊成功構筑了熒光響應的動態共價有機框架，該材料對多種氣態有機分子展現出廣譜、快速、穩定的自適應吸附和多重熒光響應。相關成果近期發表在綜合性國際期刊Nature Communications上。
本研究構筑了一例新型的熒光多孔材料dynaCOF-330，其對丙酮蒸汽表現出自適應吸附和靈敏的熒光點亮-增強的行為。同步輻射PXRD分析表明，dynaCOF-300中的孔道在表面吸附過程結構先保持菱形，再進一步膨脹為四方形；進入限域孔道中丙酮分子對蒽分子振動的限制是產生熒光增強的原因。
低極性的丁烷氣體與傳感材料相互作用弱，在常溫常壓和濕度環境下難以進行熒光檢測。dynaCOF-330可提升丁烷氣體的自適應吸附熒光響應，在干燥條件下檢測限可達2%。環境濕度不僅沒有干擾dynaCOF-330的丁烷檢測，還將其檢測限由2%進一步提升到1%（53% RH），且響應速度快（僅需1s）、循環檢測穩定（>200次循環）。
對不同極性有機蒸汽，dynaCOF-330在吸附過程中呈現不同程度的熒光增強，有望實現對多種有機分子的特異性識別和濃度監測。
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圖1. 動態共價有機框架的自適應吸附和多樣化熒光響應。
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圖2. 自適應吸附dynaCOF-330的熒光響應和動態結構變化：a. 樣品吸附丙酮蒸汽的熒光點亮和增強效應；b. 不同蒸汽壓力下的原位熒光光譜；c. 不同客體吸附量的準原位晶體結構變化。
QQ截圖20230106133234.png
圖3. COF對不同有機蒸汽/氣體的熒光響應。a. COF對不同極性有機蒸汽在不同蒸汽壓力下的熒光響應。b. COF對飽和烷烴C6異構體在不同蒸汽壓力下的熒光響應。c. COF對濕的丁烷氣體的熒光響應更靈敏。d. COF對濕丁烷氣體的熒光響應的循環穩定性測試。
本項工作中，上科大物質學院博士后魏蕾和孫凸博士（已畢業）為共同第一作者；章躍標教授、馬延航教授和趙英博教授為共同通訊作者；姜珊教授和其課題組研究生許澤照參與項目的模擬計算工作，為共同作者。上科大為第一完成單位。
論文標題：Guest-adaptive molecular sensing in a dynamic 3D covalent organic framework

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35674-8

參考資料：https://www.shanghaitech.edu.cn/2023/0105/c1001a1073740/page.htm


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