TNT印迹多级孔结构、中空纳米纤维膜的制备及其荧光专一响应特性研究

The development of fluorescent materials with specific and rapid response to trace amount trinitrotoluene (TNT) is one of the focus in the area of dangerous chemicals detection. To further improve the sensitivity and anti-jamming ability of the sensing materials, it is proposed to synthesize hierarchically porous fluorescent hollow nanofibrous film for TNT detection by electrospinning method incorporated with molecular imprinting technique and template method. The nanofibrous film which has a large surface area and the ability to sectively enrich target molecule can be applied for the rapid detection of trace amount TNT. A serial of fluorescent hollow nanofibrous film with different pore sizes can be synthesized by adjusting the experimental parameters. The corresponding relationship between the structure parameters and the anti-jamming ability, the response time and the sensitivity of the fluorescent material will be established. As a result, the fluorescent hollow nanofibrous film with specific and rapid response to trace amount TNT will be synthesized according to it.This study will provide a solid theoretical and experimental basis for the synthesis of TNT sensor material and shed light on the design and synthesis of fluorescent material towards the sensing of organic dangerous chemicals.

开发能够专一、快速检测痕量TNT的荧光传感材料是目前国内外危险化学品检测领域关注的焦点。为进一步提高TNT荧光传感材料的灵敏性及抗干扰能力，本项目从设计材料的结构出发，采用静电纺丝方法，结合模板技术与分子印迹技术，制备TNT印迹多级孔结构、中空纳米纤维膜荧光传感材料，以达到提高材料的比表面积和选择性富集TNT分子的目的，实现专一、快速检测痕量TNT。通过调整溶胶-凝胶制备参数及静电纺丝技术参数，制备一系列具有不同孔结构的中空纳米荧光纤维膜。比较不同结构的纤维膜对TNT荧光响应特性的差异，探讨结构参数与荧光材料的抗干扰能力、响应时间及检测灵敏度等的对应关系，优化改进材料结构，获得具有专一、快速、痕量响应特性的TNT印迹荧光纤维膜。此研究将为TNT荧光传感材料的合成提供理论与实验依据，同时也为用于有机危险化学品检测的荧光传感材料的设计和制备提供新的思路。

爆炸物（如三硝基甲苯TNT）检测，一直是国际反恐和公共安全领域高度关注的课题，已经取得了极大进展。鉴于荧光法具有灵敏度高、方便快捷、对低浓度的硝基爆炸物气氛具有高选择性等特点，荧光传感法检测TNT的研究近年来有较快发展。本项目将荧光技术、分子印迹技术与静电纺丝技术相结合，设计制备了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/芘（Pyrene）/3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTS）/还原氧化石墨烯（rGO）纳米网状荧光纤维膜、PS/Pyrene/APTS多孔结构纳米纤维膜、多级结构的氧化锌纳米纤维膜，实现了对痕量TNT气氛（< 10 ppb）的选择性检测。其中，在室温条件下，PVP/Pyrene/APTS/rGO纳米网状荧光纤维膜暴露于TNT亚饱和蒸气（< 10 ppb）中，响应时间540秒时荧光猝灭效率达到81%。该网状纳米纤维膜良好的荧光性能取决于APTS对TNT的特异性吸附以及具有优异电子传输能力的rGO可与Pyrene、TNT形成π–π堆垛，从而有效提高了荧光猝灭效率。此外发现，多孔结构是影响材料传感性能的重要因素。纤维表面的小孔对TNT蒸气具有过滤筛分作用，纤维内部的大孔具有协助传输和富集TNT的作用，从而增加TNT气氛与荧光分子的接触几率，有助于提高TNT对PS/Pyrene/APTS多孔荧光纳米纤维膜的荧光淬灭效率，最终提高检测灵敏度。同时，在荧光检测爆炸物的基础上，进一步拓宽研究领域，在爆炸物检测的新理论、新方法方面也取得了一些成果。通过本项目的实施，为制备专一、快速、痕量检测TNT的荧光传感材料提供了一种新的思路。