新疆理化所提出电子能量转移机制实现乙二胺高效检测
开发新型传感材料及提出新的传感机制是抢占智能传感材料、器件、系统及应用的战略制高点。中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队长期致力于痕量化学物质检测材料设计、检测机制挖掘、检测性能提升等研究，在聚簇触发磷光的非晶态铜基纳米颗粒、基于内滤波效应的自加速三模可视化上转换纳米材料、基于分子间空间电荷转移的萘酰亚胺荧光探针等方面发展了系列新型传感材料（adv. mater., 2023, 2300526、angew. chem. int. ed., 2022, e202203358、adv. sci., 2024, 11, 2309182、aggregate, 2023, e315、aggregate, 2022, e260、adv. sci., 2020, 7, 2002991等），实现了公共安全领域系列关键目标待测物的高灵敏、抗干扰检测。
通过调控传感单元与待测物之间的有效相互作用力开发新型功能化量子点传感材料对于高效痕量传感至关重要。鉴于此，团队设计开发了色酮基配体功能化的cdse/zns量子点-探针（qds-chromone）体系，在无光谱重叠的状态下，首次发现乙二胺特异性驱动的电子能量转移（eet）机制，并实现了乙二胺高灵敏、强特异的荧光、比色双模检测。具体设计策略为：基于待测物乙二胺的强亲核性，以色酮基团中碳碳双键为识别位点，利用量子点的吸电子特性，进一步提升碳碳双键上碳原子的电正性；当乙二胺与该识别位点接触，发生亲核加成反应，并形成两个稳定的分子内氢键，导致共轭基团的显著扩大从而发生荧光的明显变化。通过态密度及空穴-电子分布分析发现，qds-chromone体系与乙二胺反应前电子-空穴集中在量子点上，主要为量子点发光；反应后电子-空穴集中在配体上，主要为配体发光。因此，在配体吸收光谱与量子点发射光谱无重叠的情况下，检测体系实现了电子-空穴从量子点至配体的转移，体系荧光由量子点的红色变为配体的蓝色，颜色由无色变为黄色；对乙二胺溶液的检测限达0.11 μm，对乙二胺蒸气的检测限达10 ppm；同时，可以实现乙二胺与17种胺类化合物和24种其他干扰物（如无机盐类易制爆原料、碱性无机盐化合物、制式爆炸物、常见生活用品等）的有效区分。该工作提出的待测物诱导的电子能量转移机制，有望作为一种更通用和有前景的机制突破现有痕量传感设计策略，为建立与待测物的有效相互作用开辟新的方法，并极大地推进功能化量子点在多种领域的应用。
相关研究成果以“design of highly efficient electronic energy transfer in functionalized quantum dots driven specifically by ethylenediamine”为题发表于著名化学期刊jacs的姊妹刊《jacs au》，并被期刊选为supplementary cover，博士研究生任文飞和特别研究助理李继广为共同第一作者，祖佰祎研究员和窦新存研究员为共同通讯作者，中国科学院新疆理化技术研究所为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金、新疆自然科学基金、中国科学院从0到1原始创新项目、新疆天山英才科技创新团队及中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
基于功能化量子点探针体系实现乙二胺驱动电子能量转移示意图
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