通过研究基质的作用及优化组合提高共轭高分子纤维膜的传感性能

Great efforts have been devoted to develop new solid fluorescent sensing materials with high sensitivity and selectivity as well as easiness in regeneration of the material for reuse, due to the ever-increasing demand for detecting the pollutants. This proposal focuses on the preparation of fibrous membrane for fluorescence sensing by electrospinning the blend of conjugated polymer and general polymer (as the matrix polymer), followed by post-treatment to adjust the microstructure of the material, if necessary. Usually more attention was paid to the chemical structure of the conjugated polymer in the reported systems, where the general polymer only acted as the matrix to provide the mechanical support. This research will consider the conjugated polymer/matrix polymer as the ensemble to realize the sensing function. The role of the matrix polymer, such as how the chemical and physical properties influence the molecular recognition, electron/energy transfer processes and the final sensing performance, will be investigated. New sensing functions are envisioned, which are impossible with the pure conjugated polymer. With the morphology and property studies, optimization in the combination of conjugated polymer and matrix polymer as well as the experimental conditions, can be carried out. It is expected to develop a platform to prepare a series of new fluorescence sensing materials and some new understanding in the related theory.

发展新型的荧光固体检测材料并实现可再生、高灵敏度和高选择性，对满足日益严峻的污染物检测需求有着巨大的意义。本研究将共轭高分子与通用高分子（作为基质高分子）共混之后再经静电纺丝制备纤维状薄膜，必要时加以材料后处理以获得不同的微结构，以实现良好的传感检测功能。以往研究的重点主要集中在共轭高分子本身的化学结构上，而通用高分子仅作为基质起物理支持等作用。本研究将共轭高分子与基质高分子作为一个传感体系的整体来研究,将注重基质高分子的物理化学性能对分子识别、电子或能量传递过程及最终传感性能的影响，并实现单纯共轭高分子难以实现的一些性能。通过多种方式的形态表征和性能研究，优化共轭高分子和基质高分子的组合及相关的实验条件，找出规律、将之发展为一种制备固体荧光传感检测材料的平台技术；并希望通过本研究对现有的相关理论有一定的突破或补充。

本项目主要致力于制备一系列新型的荧光固体检测材料。静电纺丝制备的纤维膜具有加工方便和比表面积大等优点被作为本项目中固体材料的主要加工手段。希望通过优化共轭高分子与基质高分子的组合，来调节材料的综合性能，实现最终目的。不同于以往研究主要关注共轭高分子本身的化学结构,本项目将共轭高分子与基质高分子作为一个传感体系整体研究, 并注重基质高分子的作用。. 在具体研究展开过程，我们选用了两大类共轭高分子并按照共轭高分子的溶解性能选择合适的基质高分子与之共混进行静电纺丝，优化条件根据实际性能选择最佳组合。选用聚对亚苯基亚乙烯( PPV)类共轭高分子时，由于合成比较成熟，主要注重基质材料的选择、后处理方法以及新检测机理的研究。选用聚对芳撑乙炔类（PAE）共轭高分子时，主要注重于共轭高分子主链和侧基结构的调整，然后再组合合适的基质高分子进行静电纺丝制备纤维膜。由于所合成的PAE类共轭高分子结构比较新颖，首先对各个PAE高分子的溶液性质和传感性能进行了研究。之后再研究了PAE类共轭高分子的纤维膜的检测性能。. 本项目研究获得了一系列具有良好检测性能的荧光传感材料。基于PPV的体系中获得了能够识别金属铜离子和铁离子且响应相反的纤维膜、能够快速识别芳香族溶剂的纤维膜、能够检测苏丹染料且将之与食用色素区分。涉及的PPV纤维膜检测体系全部能够实现可逆检测且重复实用。在PAE溶液体系中，分别通过分子设计实现了对水溶液中戊二醛、苯二胺等的检测。 在PAE纤维膜体系中，实现了对戊二醛气体、氨气和乙二胺气体以及酸性水溶液的检测。 我们还对纤维膜体系中共轭高分子和基质高分子二元体系的相分离现象进行了研究，发现其与通用高分子的常规二元体系没有本质的区别，可以借用原有的理论进行解释。. 总之，通过本项目的研究，证实了基质高分子具有共轭高分子同样重要的作用， 只能将两者作为一个整体来研究才能有效提高纤维膜的传感性能。 这为以后的固体荧光传感材料的设计和制备具有指导意义。