हाल ही में, शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम्स एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (SIIST) की सेंसिंग टेक्नोलॉजी प्रयोगशाला ने पतली फिल्म फ्लोरोसेंट सेंसर के अनुसंधान में महत्वपूर्ण प्रगति की है। यह कार्य उत्कृष्ट पतली फिल्म फ्लोरोसेंट सेंसर की तैयारी के लिए एक प्रभावी रणनीति प्रदान करता है, और फ्लोरोसेंस सेंसिंग और गैस सोखना की सहक्रियात्मक प्रक्रिया को प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित और सैद्धांतिक रूप से गणना करता है।
हाल के वर्षों में, पतली फिल्म वाले फ्लोरोसेंट सेंसर ने गैस सेंसिंग के क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, खासकर विस्फोटक, तंत्रिका एजेंट और ड्रग्स जैसे सामाजिक खतरों की सेंसिंग के क्षेत्र में। उनकी उच्च संवेदनशीलता, प्रतिक्रियाशीलता और चयनात्मकता के कारण, वे ट्रेस पदार्थ का पता लगाने के लिए सबसे आशाजनक तकनीकों में से एक हैं। हालाँकि, अधिकांश फ्लोरोसेंट संवेदनशील सामग्री एकत्रित फ्लोरोसेंस शमन (ACQ) प्रभाव और फोटोब्लीचिंग घटना से ग्रस्त हैं, जो व्यावहारिक अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने वाली फ्लोरोसेंट सेंसिंग सामग्री को दुर्लभ बनाता है। यह गैस का पता लगाने में फ्लोरोसेंट संवेदनशील सामग्रियों के अनुप्रयोग को बहुत सीमित करता है, और गैस सेंसिंग के लिए नई उच्च-प्रदर्शन संवेदनशील सामग्री विकसित करने की तत्काल आवश्यकता है। पतली फिल्म कार्बनिक फ्लोरोसेंट जांच सामग्री द्वारा सामना की जाने वाली खराब ठोस-अवस्था प्रतिदीप्ति क्वांटम दक्षता और खराब फोटोस्टेबिलिटी की समस्याओं को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने एक धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) पर एक कार्बनिक फ्लोरोसेंट अतिथि को पिगीबैक करके गैस विश्लेषकों के लिए उच्च 3 एस (संवेदनशीलता, चयनात्मकता, स्थिरता) के साथ एक नए प्रकार के मेजबान-अतिथि पतली फिल्म फ्लोरोसेंट गैस सेंसर विकसित किया, जो विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पतली फिल्म फ्लोरोसेंट सेंसर के निर्माण के लिए एक लचीला तरीका प्रदान करता है। लचीला दृष्टिकोण।
इस कार्य में, ACQ अणु Me4BOPHY-1 को एक एनकैप्सुलेटेड ऑर्गेनिक गेस्ट के रूप में इस्तेमाल किया गया था, जिसे एक सरल ठोस-चरण संश्लेषण विधि का उपयोग करके एक धातु-कार्बनिक फ्रेमवर्क ZIF-8 में एम्बेड किया गया था, और लोडिंग अनुपात को समायोजित करके इसकी प्रतिदीप्ति उत्सर्जन विशेषताओं को समायोजित किया गया था। MOFs (ZIF-8) ने अतिथि अणु को एक MOFs (ZIF-8) अतिथि अणुओं के लिए विभिन्न नैनोकैविटी प्रदान की, इस प्रकार फ्लोरोसेंट अणुओं के स्व-एकत्रीकरण को कम किया और Me4BOPHY-1 के ACQ प्रभाव पर प्रभावी रूप से काबू पाया। अतिथि अणुओं के विभिन्न अनुपातों के साथ अणु की ठोस-अवस्था प्रतिदीप्ति क्वांटम दक्षता (QY) 0.76% से 19.72% तक बढ़ाई गई
चित्र 1. मेजबान-अतिथि एम्बेडेड संरचनाओं का उपयोग करके कार्बनिक फ्लोरोसेंट छोटे अणु जांच की प्रतिदीप्ति क्वांटम दक्षता और संवेदन प्रदर्शन में वृद्धि।
MEMS कैंटिलीवर बीम सोखना अध्ययनों से पता चला है कि मापी जाने वाली गैस के लिए होस्ट-गेस्ट एम्बेडेड MOF सेंसर के पूर्व-संवर्धन ने जांच को उत्कृष्ट गैस संवेदन क्षमता के साथ संपन्न किया, जिसमें 3 सेकंड तक का प्रतिक्रिया समय और 1.13 पीपीबी जितनी कम पहचान सीमा थी। इसके अलावा, MOF का केजिंग प्रभाव विश्लेषक की चयनात्मकता में सुधार करता है, और Me4BOPHY-1＠ZIF-8 हस्तक्षेप करने वाली गैस HCl के लिए अत्यधिक चयनात्मक है। -8 हस्तक्षेप करने वाली गैस HCl की प्रतिक्रिया में काफी कमजोर है, जो पिछले साहित्य में अपरिहार्य था। इस बीच, ऑर्गेनोमेटेलिक फ्रेमवर्क संरचना का "केजिंग प्रभाव" सेंसर की अच्छी फोटोस्टेबिलिटी और थर्मल स्थिरता भी सुनिश्चित करता है। ऑर्गेनोफ्लोरोसेंट अणुओं का ऊष्मीय अपघटन तापमान 200 डिग्री से 527 डिग्री तक बढ़ाया गया था, और उत्तेजना बैंड में लेजर विकिरण के 4800 सेकंड के बाद भी प्रारंभिक प्रतिदीप्ति तीव्रता को बनाए रखा गया था। संक्षेप में, विषय-वस्तु एम्बेडेड डिज़ाइन रणनीति गैस विश्लेषकों के लिए उच्च 3S (संवेदनशीलता, चयनात्मकता और स्थिरता) के साथ एक पतली फिल्म फ्लोरोसेंट गैस सेंसर प्रदान करती है, और विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पतली फिल्म फ्लोरोसेंट सेंसर के निर्माण के लिए एक लचीली विधि प्रदान करती है। खतरनाक गैस सेंसिंग में आशाजनक अनुप्रयोगों के साथ पतली फिल्म फ्लोरोसेंट सेंसर के लिए एक उन्नत डिज़ाइन रणनीति प्रस्तावित है (चित्र 2)।
चित्र 2. होस्ट-गेस्ट एम्बेडेड MOF सेंसर उच्च 3S (संवेदनशीलता, चयनात्मकता, स्थिरता) संश्लेषण को साकार करता है
इस शोधपत्र के प्रथम लेखक हमारे संस्थान के मास्टर छात्र झेंगकी शेन हैं, तथा संबंधित लेखक शोधकर्ता यानयान फू, जियांगोंग चेंग और युवा शोधकर्ता मिन तु हैं। इस कार्य में युवा शोधकर्ता काई क्यू, परियोजना सहयोगी शियुयुन जियांग और हांगकांग विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के प्रो. झियोंग फैन ने भी सहायता की। संबंधित कार्य को विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) और शंघाई विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी आयोग (22QA1410800) द्वारा समर्थित किया गया था।
