微纳结构在荧光传感中的设计、合成与应用

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荧光传感技术由于具有灵敏度高、选择性好、响应速度快以及操作简单便捷的特点在易燃、易爆,有毒、有害化学品的检测中具有重要的应用。苯胺等有机胺是重要的化工原料和环境污染物,具有致癌作用。本论文针对有机胺气体检测的传统的有机荧光探针材料存在合成步骤复杂、成本较高,以及不能通过化学方法快速、大量地获得具有荧光增强效果的金属核/惰性壳层基底结构这两方面的问题展开研究工作,做出了原创性的研究成果。第一次报道了采用有机/无机杂化的钙钛矿纳米结构作为荧光传感探针来检测有机胺类气体,这种探针合成简单,成本很低,在胺类气体的检测中有很好的应用前景;利用静电纺丝快速大量制备了组装的金属/聚合物复合结构,实现了金属增强荧光,为金属纳米结构在荧光增强方面的制备及应用提供了新的思路。具体体现在以下两个方面:  1对于有机胺类气体检测,常见关于有机/无机杂化的钙钛矿材料的报道都是将其用于电致发光或者是太阳能电池,本论文则通过配体辅助溶液相生长法合成了具有纳米结构的有机/无机杂化钙钛矿(MAPbBr3),首次将其用作检测有机胺的荧光探针。该探针具有高光稳定性、高选择性、高灵敏度,合成简单,成本低廉的优点。在有机胺气体中,MAPbBr3纳米结构传感膜的荧光猝灭率超过90%,这一变化仅仅在几秒内完成(<4s),且对于蒸气压为62ppb的二乙胺气体仍有响应。暴露于二乙胺、正丙胺、三乙胺、苄胺等有机胺气体中时MAPbBr3颜色从黄色变为白色,而暴露于苯胺气体中的MAPbBr3无颜色变化,并且对暴露于苯胺气体中的MAPbBr3进行抽真空处理后荧光能够部分恢复。吸收光谱,XRD以及SEM表征表明是晶体结构变化导致了MAPbBr3颜色的变化,这一变化归因于MAPbBr3与有机胺气体发生了化学反应。这一发现不仅对有机胺气体的痕量检测有很大的进步并且对有机金属卤化物钙钛矿的基础研究具有重要意义。  2在荧光调制基底方面,传统通过化学方法在金属表面包覆惰性壳层来利用金属表面产生的等离子体共振增强荧光发射,通常这类方法不能快速、大批量地制得所需的复合结构。本论文通过静电纺丝这一物理方法方便、快捷地在金属银纳米线上包覆聚乙烯吡咯烷酮用作荧光增强的基底。研究发现,与未掺杂银纳米线的聚合物纤维对比,掺杂银纳米线的复合纤维对聚芴具有明显的荧光增强效果。当银纳米线的掺杂浓度为5、10、15以及20mg/mL时,聚芴在441nm处的荧光分别增强了1.2、1.8、2.3以及3.3倍。
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