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東華大學(xué):研發(fā)共軛微孔聚合物的化學(xué)傳感器應(yīng)用

更新時間:2025-03-14   點擊次數(shù):6次

在快速發(fā)展的信息化時代,隨著物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展,傳感技術(shù)在生活、家居、醫(yī)療、軍事、交通等諸多領(lǐng)域中有著舉足輕重的地位,歐美日等諸多發(fā)達(dá)國家都將傳感技術(shù)列為關(guān)鍵核心技術(shù)之一。通常,各種傳感器的研究進(jìn)展很大程度上取決于新型傳感材料的開發(fā)。


高分子化學(xué)傳感器因具有分子可設(shè)計性、高選擇性、輕質(zhì)和低工作溫度等特點,彌補(bǔ)了其他傳感器的不足,受到越來越多的關(guān)注。共軛微孔聚合物(Conjugated microporous polymers, CMPs)是一類具有可擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)、孔徑可調(diào)、比表面積高和分子可設(shè)計的新型多孔材料。這類材料因其可擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的光電特性,能通過改變其固有熒光和導(dǎo)電性,進(jìn)而用于檢測各種化學(xué)物質(zhì)。雖然,基于CMPs的化學(xué)傳感器的研究正在快速發(fā)展,但目前尚缺少對CMPs化學(xué)傳感研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景的全面概述。因此,系統(tǒng)總結(jié)基于CMPs的化學(xué)傳感研究對于發(fā)展傳感前沿應(yīng)用具有里程碑的意義。

1.CMPs傳感材料的設(shè)計

通常,構(gòu)筑具有化學(xué)傳感特性的CMPs的合成策略與粉末狀的CMPs的合成方法相似,通過金屬偶聯(lián)反應(yīng)(如Yamamoto、Suzuki、Sonogashira反應(yīng))、席夫堿反應(yīng)以及環(huán)化反應(yīng)等鍵合不同拓?fù)湫蛄?如C2、C3、C4 及 C6)共軛單體進(jìn)行制備。綜述中對典型的構(gòu)筑單元和具體的合成策略進(jìn)行了總結(jié)與對比。此外,為了滿足復(fù)雜的實際應(yīng)用場景,不同宏觀形狀(膜、纖維等)CMPs的合成策略也進(jìn)行了歸納。精準(zhǔn)的分子設(shè)計賦予了CMPs多種功能特性,有利于選擇性的識別探測目標(biāo),使其在高選擇性、高靈敏度和快速響應(yīng)的化學(xué)傳感材料中發(fā)展?jié)摿εc研究價值。

2. CMPs傳感材料的分類及傳感機(jī)理

根據(jù)傳感機(jī)理的不同,可將基于CMPs的化學(xué)傳感器分為熒光型、電化學(xué)型、比色型、電阻型和組合功能型傳感器。綜述中對這五種類型的傳感器進(jìn)行了分析與對比,并重點介紹了熒光型傳感器。其傳感機(jī)制可以歸因于諧振能量轉(zhuǎn)移、供受體間電子轉(zhuǎn)移、吸收競爭淬滅效應(yīng)以及協(xié)同作用等。雖然目前尚未有CMPs應(yīng)用于電阻型傳感器,但CMPs的固有特性使其有實現(xiàn)的可能,對于拓展CMPs的應(yīng)用有重要的意義。

3. CMPs傳感器的實際應(yīng)用

通過利用CMPs的光電特性和孔徑結(jié)構(gòu),可將CMPs拓展應(yīng)用在傳感領(lǐng)域(工業(yè)廢氣、爆炸物、金屬陽離子、鹵素、微生物污染物、有機(jī)污染物和生物診斷),甚至將這些功能集成在一起構(gòu)建組合功能傳感器。綜述中通過列舉代表性的參考文獻(xiàn)總結(jié)了不同應(yīng)用場景的CMPs及其特點。目前,基于CMPs的化學(xué)傳感器以用于檢測爆炸物的熒光型傳感器為主,其他類型的傳感器發(fā)展還有很大的發(fā)展空間。

4. 總結(jié)與展望

近十五年來,基于CMPs的化學(xué)傳感器迅速發(fā)展,并表現(xiàn)出了靈敏度,高選擇性,快速響應(yīng)/恢復(fù)速度,出色的長期穩(wěn)定性以及優(yōu)秀的循環(huán)性能。通過精準(zhǔn)的分子設(shè)計,并利用其可擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)(提高了激子遷移的能力)、自具微孔結(jié)構(gòu)(利于分析物的擴(kuò)散)和大的比表面積(改善主客體相互作用),CMPs成功拓展到多種類型的不同場景的傳感應(yīng)用。作者相信CMPs在化學(xué)傳感領(lǐng)域是一種有潛力的新興多孔材料,在不久的將來可以被開發(fā)為更實用的氣體傳感器設(shè)備。

來源:傳感器專家網(wǎng)


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