近日，內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳公布2020年度科研項(xiàng)目評審結(jié)果，中國北方稀土（集團(tuán)）高科技股份有限公司（以下簡稱：北方稀土）的“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目（以下簡稱：項(xiàng)目）被列為內(nèi)蒙古關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、包頭稀土研究院高級工程師李靜雅表示，項(xiàng)目已投入計(jì)劃并順利實(shí)施。該項(xiàng)目能夠有效推動(dòng)稀土功能材料應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)，進(jìn)一步拓展北方稀土產(chǎn)業(yè)鏈。

目前，在現(xiàn)有多種檢測污染物的方法中，基于熒光的化學(xué)檢測相比于其它復(fù)雜的設(shè)備有著許多優(yōu)勢，比如具有高信噪比輸出，操作簡單，成本低廉，結(jié)果可靠等。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、包頭稀土研究院高級工程師李靜雅認(rèn)為，熒光傳感器以其靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)已成為傳感器領(lǐng)域的主要研究對象之一，但尋找到合適的材料構(gòu)筑實(shí)用化的熒光傳感器仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。

據(jù)黑龍江大學(xué)李洪峰教授介紹，稀土離子獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，稀土配合物具有熒光量子產(chǎn)率高，斯托克斯位移位移大，發(fā)射譜帶較窄和熒光壽命較長等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可以有效克服來源于檢測體系的背景熒光，提高檢測的靈敏度和精確度。但因要同時(shí)兼顧材料的滲透性、器件的制造和優(yōu)異的性能非常具有挑戰(zhàn)性，所以關(guān)于稀土基配合物作為污染物檢測傳感器的開發(fā)較少。尤其值得關(guān)注的是傳感性能的成功實(shí)現(xiàn)要求材料具有一定的孔隙率。然而，稀土離子較大的配位數(shù)往往會(huì)導(dǎo)致材料形成致密體的聚集體。稀土金屬有機(jī)框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內(nèi)的溶劑分子通常阻礙目標(biāo)分子進(jìn)入通道，導(dǎo)致它們與識(shí)別位點(diǎn)的相互作用受到限制，而溶劑分子的去除通常導(dǎo)致框架的崩潰，讓薄膜成型難度加大。

該項(xiàng)目結(jié)合分子籠的空間選擇性、滲透性和稀土離子的特殊光譜特征，研究開發(fā)一類新型稀土超分子材料并將其制成薄膜用于檢測有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺。該項(xiàng)目制備的稀土超分子薄膜可以彌補(bǔ)熒光傳感不能有效對有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺進(jìn)行探測的問題。

據(jù)悉，目前項(xiàng)目已投入計(jì)劃并順利實(shí)施，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)前期在實(shí)驗(yàn)室采用以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點(diǎn)，構(gòu)筑了一種具有空穴結(jié)構(gòu)的稀土四面體籠超分子材料，該稀土超分子材料具有較好的溶解性，可以用旋涂方法制備成薄膜。

為了進(jìn)一步檢測薄膜的一些化學(xué)特性，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)還針對薄膜對各種不同濃度胺/NH3氣體的熒光響應(yīng)及檢測限進(jìn)行了探究。將不同濃度的NH3、丙胺、二丙胺、三丙胺、芐胺、苯乙胺、苯胺蒸汽通入裝有稀土超分子薄膜的測試皿中，讓稀土超分子薄膜與胺/NH3蒸汽充分作用后，測定熒光強(qiáng)度隨胺/NH3濃度的變化曲線。隨后又對稀土超分子薄膜的熒光強(qiáng)度增加率與各種胺濃度的關(guān)系進(jìn)行了探究發(fā)現(xiàn)，如果以檢測能到熒光強(qiáng)度變化率是0.1%為優(yōu)良光學(xué)檢測器的檢測標(biāo)準(zhǔn)，得到胺類物質(zhì)的檢測限為微克級。

所謂檢測限指某一分析方法在給定的可靠程度內(nèi)可以從樣品中檢測待測物質(zhì)的最小濃度或最小量，這個(gè)微克級的檢測限遠(yuǎn)低于大多數(shù)的胺類物質(zhì)熒光檢測器，并且遠(yuǎn)低于美國職業(yè)安全委員會(huì)所規(guī)定的允許暴露界限，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)可知，該稀土超分子材料薄膜對胺類物質(zhì)的響應(yīng)時(shí)間為亞秒級并對胺類物質(zhì)的測試具有可逆性，這一特征，說明稀土超分子材料薄膜具有良好的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，其在熒光傳感方面具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

李靜雅認(rèn)為，項(xiàng)目開展可以開發(fā)出一種新型的稀土超分子傳感材料，基于該材料所制得的薄膜可用于檢測廢水廢氣中的有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺，能及時(shí)預(yù)防污染物向環(huán)境中擴(kuò)散，該技術(shù)應(yīng)用操作簡單，結(jié)果可靠，對提升稀土產(chǎn)品的附加值意義重大。

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