國家科技獎丨螢光傳感材料 神奇用途多

2020-11-30 浙江在線

2017-01-09 12:27 |浙江新聞客戶端記者 曾福泉

金屬—有機框架材料在螢光溫度傳感中的應用。

遭到重金屬汙染的水體,如何實現實時檢測、分析?螢光傳感是科學家們提出的一種最新方法——螢光材料遇到水中特定的重金屬離子,發光強度就會改變。充分利用這一特性,還能實時監測大氣、土壤甚至生物細胞中的多種變化。不過,這個想法要付諸實踐,需要解決現有螢光材料靈敏度低、選擇性差等難題。

浙江大學材料科學與工程學院錢國棟教授團隊在國際上開創性地將金屬—有機框架材料引入螢光傳感研究,實驗室裡設計出的螢光材料又靈敏、又準確,為螢光傳感提供了更為堅實的理論基礎。1月9日,「螢光傳感金屬—有機框架材料結構設計及功能構築」獲得2016年國家自然科學二等獎。

金屬—有機框架材料是近年來成為研究熱點的新興材料,有著獨特的多孔結構,利用這些孔道,科學家開發出了許多優秀的用途。獲獎團隊成員、浙大材料科學與工程學院崔元靖副教授說,團隊在國際上率先發現,在金屬—有機框架材料中引入含氮的活性位點後,其「捕捉」特定重金屬離子的能力大大增強。「我們的實驗表明,水體中的銅離子含量哪怕遠低於汙染排放標準,這種新型螢光材料也能發生響應。」據此發現撰寫的論文發表後,引起國際同行強烈關注,來自多個國家的上百個課題組跟進這一發現,開展後續研究。

螢光傳感還可以用來檢測溫度,它不怕電磁幹擾,甚至不用發生接觸,相比現在常用的一些探測器,在國防、生物醫學領域的優勢十分明顯。然而目前使用的基於單一發光峰強度的螢光溫度傳感材料容易受到其他非溫度因素的幹擾,準確性低。獲獎團隊創造性地提出使用兩種稀土離子,取代單一發光中心。由於其他外部幹擾對兩種稀土發光中心的作用是一樣的,因此通過測量兩種稀土離子的發光強度比值,就能消除這些外部幹擾的影響。這一思想大大促進了金屬—有機框架材料在螢光溫度傳感中的應用。

錢國棟教授說,團隊還為製備具有納米級尺度、在生理環境中穩定、可用近紅外光激發並發光等一系列性質的螢光材料提供了豐富的基礎性研究成果。這些研究都將推動螢光傳感材料早日實用化,走進人們的生活。

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