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马建中教授团队在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》发表论文

发布日期:2022-06-14   作者:杨帆  点击量:

我国室内空气污染严重,室内空气中的主要污染物之一是挥发性的有机化合物(VOCs),VOCs不仅具有刺鼻的气味且会对人体健康造成极大危害。其中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等苯系VOCs被我国认定为强致癌物质,严重可导致人体休克甚至死亡。因此,开发一种VOCs的检测技术具有重大意义。

近日,陕西科技大学马建中教授团队和新加坡国立大学王家功教授合作,以聚丙烯酸酯(PA)为基体,AIEgens(聚集诱导发光)-MOFs为填料,开发了一种对VOCs具有高效荧光传感性能的复合涂层,并将其应用皮革涂饰。该成果以“Aggregation-Induced Luminescence Based UiO-66: Highly Selective Fast-Response Styrene Detection”为题在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上面发表论文。本文的第一作者是陕西科技大学马建中教授的博士生杨帆同学,通讯作者是陕西科技大学马建中教授。

图1 图文摘要

本研究采用具有AIE性质的羧基化四苯基乙烯(TBPE)为配体,制备具有AIE性质和良好荧光性能的UiO-66-TBPE。UiO-66-TBPE在紫外激发下表现出TBPE配体的特征蓝色发射,并且可以用作VOCs的快速高效的发光传感器检测。UiO-66-TBPE对不同VOCs表现出荧光增强和荧光减弱不同的传感趋势,其中对二甲苯和苯乙烯蒸气具有较高的荧光传感选择性。利用计算机模拟等手段对荧光增强和荧光减弱的传感机理进行了探讨,通过不同VOCs与UiO-66-TBPE之间π-π作用对UiO-66-TBPE中旋转苯环产生的抑制作用和电子转移等方式实现对VOCs的快速识别。

图2(a)UiO-66-TBPE和TBPE的荧光光谱;(b)UiO-66-TBPE与不同VOCs的荧光发射光谱;(c)UiO-66-TBPE分散在不同VOCs蒸气中的发射强度柱状图;(d)与UiO-66-TBPE相比,荧光强度和λfl的变化;(e)UiO-66-TBPE与VOCs蒸气在365 nm紫外光下的照片。

由于MOFs具有加工成型困难等缺陷,因此,将UiO-66-TBPE与聚合物聚丙烯酸酯(PA)复合。与PA复合后,聚合物链对UiO-66-TBPE的包裹能够进一步抑制UiO-66-TBPE体系内旋转的苯环达到荧光增强的效果。荧光传感实验表明,UiO-66-TBPE/PA复合薄膜对苯乙烯蒸汽的荧光传感灵敏度最佳并且可以实现在30 s内对苯乙烯蒸汽的快速检测。

图3(a)UiO-66-TBPE引入PA的示意图;(b)UiO-66-TBPE和UiO-66-TBPE/PA的荧光发射光谱;(c)具有不同VOCs的UiO-66-TBPE/PA的荧光发射光谱;(d)UiO-66-TBPE在365 nm紫外灯与VOCs蒸气的照片。

最后,将UiO-66-TBPE/PA复合乳液应用于皮革涂饰,确认其实用性。惊喜地发现涂饰后革样仍然保持了良好的传感性能,且能够增强革样的力学等性能。

图4(a)皮革涂饰过程;(b)不同涂饰方法涂饰后革样的荧光光谱图;(c)涂饰后革样对VOCs的荧光传感性能。

 文章信息:Yang Fan, Ma Jianzhong, Zhu Qian, Wang John. Aggregation-Induced Luminescence Based UiO-66: Highly Selective Fast-Response Styrene Detection[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022. https://doi.org/10.1021/acsami.2c06880.