高氯酸鹽具有強(qiáng)氧化性和高穩(wěn)定性，是廣泛應(yīng)用于固體推進(jìn)劑、軍工生產(chǎn)、航天器材、煙花爆竹等領(lǐng)域的重要含能材料之一。據(jù)美國(guó)爆炸數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計(jì)，以高氯酸鹽/氯酸鹽作為原料直接或間接參與的爆炸案達(dá)全球爆炸案總量的63.4%。因此，開(kāi)展對(duì)痕量高氯酸鹽固體的高靈敏、準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)保障國(guó)家公共安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所爆炸物傳感檢測(cè)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于痕量?；窓z測(cè)方法研究，在危爆品、特別是非制式爆炸物的高靈敏、快速、識(shí)別檢測(cè)原理和器件設(shè)計(jì)方面發(fā)展了系列新的解決方案（Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 2002991、Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI: 10.1002/anie.202203358等）。近期在高氯酸鹽現(xiàn)場(chǎng)可視化檢測(cè)方面取得進(jìn)展，提出了一種基于自組裝配合物探針與水凝膠耦合作用協(xié)同調(diào)控的超高靈敏比色-熒光雙?？梢暬瘋鞲行虏呗?，成功實(shí)現(xiàn)了超痕量高氯酸鹽的現(xiàn)場(chǎng)雙模可視化檢測(cè)。
該團(tuán)隊(duì)以三聯(lián)吡啶鉑(II)輔助配體為切入口，結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算，系統(tǒng)研究了不同輔助配體對(duì)水溶液中三聯(lián)吡啶鉑(II)自組裝產(chǎn)物Pt-Pt金屬作用導(dǎo)致的MMLCT態(tài)光譜能量和發(fā)光穩(wěn)定性的影響，闡明了輔助配體調(diào)控高氯酸根誘導(dǎo)聚集產(chǎn)物發(fā)光性質(zhì)的一般性規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，異硫氰酸根為輔助配體時(shí)，高氯酸根誘導(dǎo)聚集的三聯(lián)吡啶鉑(II)自組裝產(chǎn)物具有能量最低且最穩(wěn)定的MMLCT吸收/發(fā)射光譜，而溴為輔助配體時(shí)，自組裝產(chǎn)物的MMLCT發(fā)生強(qiáng)度最高。因此，結(jié)合反陰離子調(diào)控，獲得了具有良好水溶性的三聯(lián)吡啶鉑(II)配合物高氯酸鹽比色-熒光雙?？梢暬结槪瑢?shí)現(xiàn)了對(duì)高氯酸鹽的高靈敏、高特異、快速、雙?？梢暬瘋鞲?。
在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)提出了利用水凝膠反應(yīng)介質(zhì)與探針之間的耦合效應(yīng)對(duì)傳感材料發(fā)光信號(hào)局域增強(qiáng)的提升策略。通過(guò)將該鉑(II)配合物探針與具有均一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PVA水凝膠耦合，利用自組裝生成的微米級(jí)一維纖維狀聚集體與水凝膠網(wǎng)絡(luò)的相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)光產(chǎn)物的完全錨定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)0.75 μm（0.73 fg）高氯酸鹽單顆粒的比色-熒光雙模傳感信號(hào)的直接觀測(cè)，對(duì)空氣中高氯酸鹽懸浮微粒的檢測(cè)限低至0.02 fg。
該研究提出的輔助配體精細(xì)調(diào)控提升自組裝陰離子探針雙模可視化傳感性能的策略，不僅可為具有特異雙模光學(xué)響應(yīng)信號(hào)的陰離子探針設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，還發(fā)展了基于單顆粒響應(yīng)信號(hào)直接觀測(cè)的超靈敏嗅覺(jué)傳感方法，可為其他超痕量難揮發(fā)化學(xué)物質(zhì)傳感提供借鑒。此外，爆炸物傳感檢測(cè)團(tuán)隊(duì)以該研究為核心，與新疆公安廳共同發(fā)布自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)（DB 65/T 4451-2021《氯酸鹽和高氯酸鹽的檢測(cè)目視化學(xué)比色法》），為相關(guān)行業(yè)提供了高氯酸鹽檢驗(yàn)鑒定操作規(guī)范。
系列研究成果分別發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》（雜志封底）和《Sensors and Actuators B: Chemical》上，博士研究生蘇珍為第一作者，導(dǎo)師竇新存研究員和李毓姝副研究員為共同通訊作者，相關(guān)理論計(jì)算部分與太原科技大學(xué)李坤教授合作完成。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院及自治區(qū)相關(guān)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta00843b
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521002975
封底鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta90087d
標(biāo)簽： 高氯酸鹽
