多挥发性环境污染物同时检测用单一聚合物白光荧光传感材料及器件研究

Fuoresent conjugated polymer sensor may have a broad and bright future applicationsin antiterriorism, enviromental protection etc for their high sensitivity, selectivity, quickresponse, easy integration and nondestructive detection. Problems are that general fluorescent polymers can only detect one kind of volatile analyte, but the enviromental detection needs multiple target detection in one time and in situ. White light emission polymer made of blue, green and red emitting moieties for different target could be used for sensing and differentiating multiple targets by demostrating different emitting color upon contacting with different analytes. Reserach will includ the following aspects. Selection of the sensing moieties, construction and optimization of the white light emitting polymers. Interaction mechanism between the polymer and the analytes and signal differentiation. And the construction of the highly efficient nano devices. Photo induced charge transfer, specific chemcial reaction will be used for the sensing moiety design, the composition, linkage modes and relative position of all the sensing moieties will be optimazed systematically to afford the polymer. Energy transfer process between the polymer and the analytes and the sensing mechanism will be investigated. The high performance device will be prepared based on the optical modulation of the nano wire array by evanescent wave effect. By all these strategies, the sensing device could detect trace enviroment pollutants quickly, sensitively and selectively. The reaserach could provide highly efficient sensing device for enviroment pollutants detection and monitoring quickly and in situ.

荧光共轭聚合物（FCP）传感器具有高灵敏度、选择性、快响应、无损检测等特点，在反恐、环境保护等领域有着广泛的应用前景。一般FCP材料只能针对一种或一类挥发性物质检测，但环境检测要求现场同时检测多种被分析物。由分别针对不同被分析物识别的蓝、绿、红色荧光的模块一起构建白光聚合物，通过与被分析物作用显示多种不同颜色，可检测并区分不同被分析物。研究包括：传感模块的选择及白光聚合物构建与系统优化；聚合物与被分析物作用机制及信号识别；纳米线阵列纳米器件的构建。通过光诱导电荷转移、化学反应等设计原理分别设计各选择性识别模块，并通过优化各模块组成、连接方式和位置等构建高性能白光聚合物；光谱法考察聚合物各模块间及与被分析物间能量转移及传感机制；利用具有光调制作用的纳米线阵列的倏逝波效应制备高性能传感器件，实现对多种痕量环境污染物蒸气的快速和灵敏识别与区分，为环境污染物检测和监测提供高性能、现场快速分析手段。

爆炸物、毒剂、毒品和环境污染物等各种国家安全、公共安全和环境安全等相关问题一直是世界范围内的重要热点问题。对这些化学危险品的灵敏、快速和现场检测对安检技术提出了很大挑战。荧光传感技术具有超高的灵敏度，设计特异性的发光材料，实现特定危险品的专一性检测是荧光检测的难点。针对过氧化物爆炸物、硝酸酯类爆炸物等爆炸物，沙林毒剂等神经毒剂，冰毒和氯胺酮等新型毒品和环境污染物有机胺等，开展了其特异性荧光敏感材料和器件的研制。从检测机理角度，在利用化学反应检测方面，研究了基于芳基硼酯类化合物高效脱硼酯检测过氧化物机制；过氧化物爆炸物检测的新反应—醛基氧化反应。研究了胺类化合物可逆检测的反应机制及提高传感效率的途径。研究了沙林模拟物检测反应，包括基于吡啶氮、芳基多肟和三联吡啶端基超支化聚合物检测其模拟物的反应。在利用新传感机制方面，研究了多机理协同检测有机胺；捕获加电子转移协同的非芳环结构危险物检测的方法；钙钛矿直接用于胺蒸气检测的机制。成功实现了以上各目标被分析物的高灵敏和快速检测。突破了过氧化物检测反应，检测灵敏度达0.1ppt，以其为敏感材料，研制成过氧化物爆炸物探测仪，探测仪在G20、上合组织峰会和十九大等重要场合实现应用。突破了有机胺类高灵敏快速检测，首次利用可逆化学反应实现了伯胺、仲胺和苯胺类多级胺蒸气的肉眼可见荧光“指纹”识别，检测限达0.55ppt。由于非芳环爆炸物缺少苯环，因而与荧光探针的作用弱，探针的检测灵敏度非常差。提出了“捕获加电荷转移协同”的新设计策略，实现了无芳环硝酸酯爆炸物，进而实现了极低饱和蒸气的爆炸物蒸气的直接荧光气相检测。突破了毒品固相和液相检测设计思路，从探针的聚集态层次对探针进行调控，实现了毒品分子的超高灵敏度识别，探针可以用于毒品的现场快速检测。以回音壁谐振新结构为基础，共价连接荧光探针分子，构建了有机无机杂化荧光探针。 设计合成了从小分子到聚集态多氢键荧光探针，到超高灵敏度超快速超支化聚合物荧光探针，实现了沙林模拟物的高灵敏快速检测，实际可检测到66 ppt的神经毒剂模拟物，基于所合成的材料，研制成功手持式毒剂荧光探测仪。其中针对爆炸物检测的研究成果已经研制成商业化爆炸物探测仪，成功用于上合组织峰会、19大、G20等重要场合的安全保卫工作。共合成敏感材料二十种，发表论文25篇，其中SCI论文24篇，申请专利8项，培养博士生2名，硕士生8名。