硝基类爆炸物荧光二维检测为导向的核壳发光多孔材料的设计与合成

Detection of these life-threatening explosives plays a crucial role in anti-terrorism operations, homeland security, and civilian safety, and thus has the ability to directly save human lives and protect social stability. The recent rise in global terrorism has required that the methods followed to detect explosives should be both sensitive and low-cost. Fluorescent sensing has emerged as a new approach that is cost effective, fast, and easily portable. Utilizing the optical properties of fluorescent materials, effective detection of many high explosive or explosive-like molecules can be achieved. In this project, we will synthesis of nanopore core–shell porous organic frameworks with high specific surface area and luminescence for explosive sensing. Incorporation of the nanopore structure in the frameworks is worth exploring for the accurate recognition of adsorption explosive via the interactions between molecules and skeleton. In addition, the different emissions frequency of core and shell can be utilized as an additional sensing/detection parameter. Monitoring the changes in both fluorescence intensity and frequency adds a new variable of signal transduction: from one-dimension (1D) to two-dimensions (2D), where both sensitivity and selectivity can be greatly enhanced. Utilizing both variables, different explosive can be pin-pointed on a fluorescence two-dimensional map. Such strategy can be very helpful in designing highly efficient explosive sensory core-shell porous materials.

随着近年来暴恐活动的加剧，开发价格低廉的可进行现场检测的爆炸物检测设备对打击暴恐势力、保障国家和公共安全有着重要意义。荧光探测技术具有灵敏度高、选择性好、操作简单、容易小型化集成等优点，有望开发出便携式的爆炸物的检测设备。本项目以硝基爆炸物的荧光二维检测为导向，拟设计合成具有高比表面积的核壳结构发光有机多孔材料。利用有机多孔材料的纳米孔特性对环境中极微量的硝基爆炸物分子进行富集，同时，利用核壳结构对爆炸物差异性的荧光响应，实现痕量爆炸物分子快速、精确的荧光检测。在传统的单一监测荧光强度变化的基础之上，引入核壳结构使材料最大发射波长改变，绘制核壳材料对不同硝基爆炸物的荧光强度和波长“双变化”的二维谱图，从而提高检测的灵敏度和精确度。通过对不同组合的核壳结构进行筛选，研究核壳组成与检测性质的关系，选择最优的核壳组成和比例，实现对不同爆炸物分子的精确荧光二维检测。

开发价格低廉的可进行现场检测的爆炸物检测设备对打击暴恐势力、保障国家公共安全有着重要意义。基于有机发光的探测技术具有灵敏度高、选择性好、操作简单、容易小型化集成等优点，有望开发出便携式的爆炸物的检测设备。目前的爆炸物荧光检测技术单一的依靠发光强度的变化来检测爆炸物，这导致设备很容易引起误报。一些具有缺电子结构的非爆炸物分子也能对荧光探针的发光产生淬灭。而且，荧光强度的变化仅仅可以识别一类的分子，并不能对这类分子进行逐一区别，这就大大降低了检测精准度。本项目的研究工作在监测材料荧光强度变化的同时引入发射波长位置的改变，针对不同的硝基爆炸物得到一个发射强度和最大发射波长同时变化的二维的谱图，并能够实现对不同硝基爆炸物的分子识别。.在核壳有机多孔材料的制备方面，我们首先设计合成一系列具有高比表面积的核壳结构发光有机多孔材料PPC-PPyS-PAF。利用有机多孔材料的纳米孔特性对环境中极微量的爆炸物分子进行富集，同时，利用核壳结构对爆炸物差异性的荧光响应，实现痕量爆炸物分子快速、精确的荧光检测。在传统的单一监测荧光强度变化的基础之上，引入核壳结构使材料最大发射波长改变，绘制核壳材料对不同硝基爆炸物的荧光强度和波长“双变化”的荧光谱图，从而提高检测的灵敏度和精确度。通过对不同核壳组合的多孔材料进行筛选，研究核壳组成与检测性质的关系，选择最优的核壳组成和比例，实现了对不同爆炸物分子的精确荧光精准检测。.在不同发光中心多孔材料的制备方面，我们选择高比表面积的离子型金属有机多孔材料，通过离子交换制备了具有不同发光中心的多孔材料，利用硝基爆炸物能够调节发光中心之间的能量传递，从而实现了材料对不同硝基爆炸物荧光强度和荧光波长的变化，从而识别出不同的硝基爆炸物。.最后，我们筛选出了对硝基爆炸物响应灵敏的荧光多孔材料，制备成了荧光检测试纸，能够实现不同浓度TNT，TNP，DNP的检测，有望开发出便携式荧光检测装置和试纸。