作為入選2022年度IUPAC化學(xué)十大新興技術(shù)之一，薄膜熒光傳感器（FFSs）以其卓越的探測性能、優(yōu)異的可集成性，以及低功耗和小型化等特征成為國際公認(rèn)的新一代最具發(fā)展?jié)摿Φ奈⒑哿课镔|(zhì)探測技術(shù)。其中，敏感薄膜材料創(chuàng)制和高性能化是獲得高性能薄膜熒光傳感器的關(guān)鍵，其核心又是高性能敏感單元的創(chuàng)制；而只有在實(shí)現(xiàn)理性設(shè)計(jì)、激發(fā)態(tài)過程精準(zhǔn)調(diào)控后才可獲得理想敏感單元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)敏感薄膜的高性能化的主要途徑。

激發(fā)態(tài)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的分子內(nèi)電荷作用調(diào)控策略

近日，中國科學(xué)院院士、陜西師范大學(xué)教授房喻團(tuán)隊(duì)以激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移片段為受體結(jié)構(gòu)，通過引入分子內(nèi)跨空間電荷作用，發(fā)展了一種激發(fā)態(tài)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的分子內(nèi)電荷作用調(diào)控新機(jī)制。

基于該策略，房喻等依次改變供電子片段（萘、菲、芘），以增加分子內(nèi)片段間耦合作用，進(jìn)而精準(zhǔn)操控體系的激發(fā)態(tài)過程。光譜學(xué)研究和理論計(jì)算表明，在光激發(fā)下，通過調(diào)節(jié)分子內(nèi)非共價(jià)相互作用和溶劑極性，可以連續(xù)調(diào)控該分子體系的激發(fā)態(tài)質(zhì)子轉(zhuǎn)移和激發(fā)態(tài)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，并實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度和不同方向的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)操控。

在以往的操縱激發(fā)態(tài)反應(yīng)的典型設(shè)計(jì)中，是使用簡單但有效的π堆積策略。π堆疊構(gòu)型中的穿透空間相互作用可能導(dǎo)致電子的離域分布，導(dǎo)致基態(tài)或激發(fā)態(tài)的電荷轉(zhuǎn)移。

其相關(guān)成果近期發(fā)表于新出版的《美國化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.）。陜西師范大學(xué)為唯一署名單位，劉科博士為論文第一作者，房喻與劉太宏副教授為共同通訊作者。

此外，論文作者的研究還表明，基于三種敏感單元發(fā)展的陣列型FFSs對2-氯乙基硫醚氣體（芥子氣模擬物）表現(xiàn)出靈敏、高選擇、可逆?zhèn)鞲刑匦裕瑢?shí)驗(yàn)檢出限低于50 ppb，響應(yīng)時(shí)間小于5秒。

該研究領(lǐng)域的相關(guān)專家認(rèn)為，以具有立體結(jié)構(gòu)分子為基礎(chǔ)，該工作所發(fā)展的以激發(fā)態(tài)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ESICT）調(diào)控激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（ESIPT）策略不僅僅豐富了熒光分子的激發(fā)態(tài)過程，獲得了多樣化熒光分子，而且為發(fā)展傳質(zhì)效率高、傳感對象適應(yīng)面廣的多樣化高性能熒光敏感薄膜材料提供了新的思路。

(A)基于三種熒光膜的傳感器陣列示意圖。(B)制備的傳感器陣列對CEES的熒光反應(yīng)和100ppm濃度的潛在干擾。誤差條表示每個(gè)樣本的五個(gè)平行測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。(C)傳感器陣列在有CEES蒸氣的情況下的可回收性結(jié)果(10個(gè)循環(huán))。(D)傳感器陣列對二乙硫醚和CEES的響應(yīng)痕跡。(E)所有被測試分析物的準(zhǔn)確聚類的等級聚類分析樹狀圖(參照表S4)。(F)傳感器陣列對不同濃度的CEES蒸氣的熒光反應(yīng)，每次測量重復(fù)三次。
責(zé)任編輯：彭菁