金基双金属纳米团簇荧光探针的构建及其在环境分析中的应用

In this project, gold nanoclusters protected by selenolate will be initially synthesized by a chemical reduction method at 0 ℃. The obtained Aun(SeR)m clusters will be employed as the templates to prepare the gold-based bimetallic nanoclusters (MxAun-x(SeR)m) by a metal exchange method. The gold-based bimetallic nanoclusters can be constructed as fluorescent probes for detection of environmental pollutants. A series of gold-based bimetallic nanoclusters with stable and high fluorescence quantum yield are obtained by modifying the type of selenolate ligand, the activity of the doping metal (M) and the ratio of M:Au. The target MxAun-x(SeR)m products will be prepared through the control of synthetic conditions, separation and purification technology, and synergy of M, Au and –SeR. The formation and photoluminescence mechanisms of the prepared gold-based bimetallic nanoclusters will be studied in detail by using various modern characterization techniques and the results will provide a powerful theoretical foundation for the application study of the fluorescent bimetallic nanoclusters. In addition, the interaction and recognition mechanisms between the bimetallic nanocluster materials and environmental pollutants will be deduced. Then a variety of fluorescent probes with good selectivity and high sensitivity will be constructed. Finally, these fluorescent sensing methods will be applied to study the pollution characteristics, distribution and migration of typical small organic molecule contaminants in the areas of the Jialing River Basin. The successful implementation of this project will provide a simple, practical and rapid novel method for the realization of highly sensitive and specific detection of environmental pollutants, which is of great significance to promote the development of environmental nanoanalysis technology.

本项目以冰浴化学还原法合成的硒醇保护金纳米团簇Aun(SeR)m为模板，采用金属交换法制备组成、结构可控的金基双金属纳米团簇MxAun-x(SeR)m，构建用于环境污染物检测的荧光探针。通过改变硒醇配体种类、掺杂元素活泼性及M:Au比例，结合制备方法及分离纯化过程的调控，利用掺杂原子M、Au及-SeR的协同效应，制得一系列稳定的、荧光量子产率高的双金属纳米团簇；采用现代表征手段，深入研究所得金团簇的形成及光致发光机制，为荧光双金属纳米团簇的应用研究提供理论支撑；阐明该系列团簇材料与典型环境污染物的相互作用及其选择性识别机理，构建多种选择性好、灵敏度高的荧光探针。最后将这些方法应用于嘉陵江流域实际环境样品中典型有机小分子污染物的污染特征、分布及迁移转化规律等研究。本项目的成功实施，将为实现环境污染物高灵敏、特异性的检测提供一个简便、实用、快速的新方法，对推动环境纳米分析技术发展具有重要意义。

近年来，基于纳米材料构建的荧光传感技术，逐渐成为在环境领域进行快速检测的有效工具。但是，如何设计并制得高灵敏、高选择性识别的荧光探针，对研究者来说是一个巨大挑战。本项目针对典型环境污染物，开发高选择性、高灵敏度的荧光探针，对推动环境纳米分析理论的发展及实际应用都具有非常重要的价值。.本项目采用配体交换反应或配体蚀刻法可控合成了苯硒酚保护的金纳米团簇、有机双硒配体保护的金纳米团簇、金属掺杂的硒醇保护的金基双金属纳米团簇，考察了溶剂选择、表面活性剂的采用、反应物用量及比例等条件对金基双金属纳米团簇材料组成、结构、形貌、尺寸及荧光性能等的影响，利用现代测试手段对其进行了表征，尤其重点考察了掺杂金属对金纳米团簇荧光量子产率的影响，筛选出了系列高量子产率的具有荧光探针应用可能的金基双金属纳米团簇。在此基础上，构建了系列基于荧光猝灭或荧光增强测定环境中阴阳离子或有机污染物的荧光探针，并将其应用于嘉陵江流域典型环境污染物的筛查检测，如分别以牛血清蛋白、L-半胱氨酸和卡托普利为配体的金银双金属纳米团簇，构建了三种检测Cu2+的方法，分别以3-巯基-1,2,4-三唑、硫普罗宁和4，6-二氨基嘧啶-2-硫醇为配体得到的三种金基双金属纳米团簇成功用于重金属离子或抗坏血酸的检测。此外，为了将本项目的研究方法和技术进一步拓展，还尝试合成了金纳米团簇以外的其他纳米颗粒，如碳量子点、硫量子点和金属有机框架材料等，并将其应用于新型有机污染物、重金属离子的检测。.综合上述结果，本项目初步探索了硒醇配体保护的金基双金属纳米团簇的可控形成机制,构建了系列高灵敏、高选择性的荧光探针，为环境科学领域典型有机小分子污染物或重金属离子的测定提供了多种新的技术手段。本项目的相关荧光传感技术的研究成果，不仅扩展了金纳米团簇及其它相关纳米材料在分析检测中的应用, 而且为环境污染物检测提供了新的思路和技术手段。在本项目的经费资助下，共发表学术论文27篇，待发表文章4篇。培养硕士生8名，其中毕业7名，获得国家发明专利2项。项目投入直接经费64万元，支出40.2037万元，各项支出基本与预算相符。结余经费23.7963万元将用于本项目研究的后续支出。