稀土金属-有机框架是一种由稀土金属离子或稀土金属簇与有机桥联配体通过配位作用组装形成的新型无机-有机多孔材料。由于其高配位数和独特的稀土金属离子 (Ln3+)的光学特性赋予稀土金属-有机框架以丰富的分子构筑单元以及高的荧光量子效率。总结了稀土金属 -有机框架的昀新研究成果, 介绍了稀土金属 -有机框架在温度传感、小分子传感、气体传感等光子学领域的应用。另外, 还介绍了包括稀土金属 -有机框架的设计思路和可控制备方法, 以及有机染料等在稀土金属 -有机框架孔道中的组装和稀土金属离子在金属-有机框架材料孔道中的组装, 并对今后的发展方向和应用前景进行了展望。

食品中有害物质的快速检测对预防食源性疾病和保障食品安全至关重要。荧光传感具有选择性好、灵敏度高和响应迅速等优点, 相较于传统的检测方法具有很大的应用优势。聚集诱导发光材料(AIEgens)在分散状态下荧光较弱, 而在聚集态时发出强烈的荧光, 可有效克服传统荧光材料聚集荧光猝灭(ACQ)的应用局限。独特的荧光激活特性、较弱的背景荧光、较大的斯托克斯位移和出色的光稳定性等优势将AIEgens推广到食品安全检测领域。本文分析了近年来AIEgens在食品安全检测中的应用进展, 如检测农药残留、兽药残留、重金属、病原体、食品添加剂等的荧光传感器, 并对其存在的问题和应用前景进行了总结和展望。

通过一步无溶剂法合成了具有较好发光稳定性和水溶性的硅量子点(Silicon quantum dots,Si-QDs), 并利用透射电镜(TEM)、红外吸收光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和荧光光谱等手段对其进行了表征。试验发现, Si-QDs在378 nm的激发光照射下, 可产生峰值位于468 nm的宽带发光; 在水溶液中, 添加适量Cu2+可对Si-QDs的发光产生静态猝灭。利用荧光信号猝灭程度与Cu2+浓度之间稳定的相关性可实现对Cu2+的定量检测。优化条件下, Si-QDs荧光强度变化与Cu2+浓度在16.7~1 670 nmol·L-1范围内呈稳定的线性相关性, (F0－F)/F0=0.18808lnC(Cu2+)－0.41377(R2=0.998), 检出限低至4.7 nmol·L-1(S/N=3)。对多种实际水样品做了加标回收率试验, 回收率介于89.47%~106.75%之间。本研究制备的Si-QDs用于水中Cu2+快速、高灵敏检测具有良好重复性和稳定性。

提出了一种三角形硅二聚体纳米天线结构, 该结构可以从激发和发射过程同时提高荧光物质的荧光发光效率, 并且实现荧光的远场定向发射增强。利用时域有限差分法详细研究了不同组合方式的三角形二聚体、不同三角形直角边长以及不同二聚体底角间距对荧光发射增强效果的影响, 并进行了结构参数的优化, 研究了该结构对荧光激发过程的影响。结果表明, 三角形硅二聚体纳米天线结构的直角边长为300nm, 二聚体底角间距为0nm是纳米天线的最优参数。相对于裸光源, 硅二聚体纳米天线使点光源的荧光发射增强了7倍, 实现了远场定向发射。而且, 在405nm波长光的激发下, 荧光激发过程也得到了增强。

无创且实时检测微观环境的pH变化在医疗等领域具有重要的研究价值, 本文通过灵活简单的共沉淀方法制备了一种基于pH敏感分子异硫氰酸荧光素(FITC)的荧光pH纳米传感器, FITC的荧光强度随pH值增加发生明显变化, 当pH值从3变至9时, 荧光强度增大约38倍, 基于FITC荧光强度变化可实现对pH的灵敏检测, pKa值为 6.07。该荧光pH纳米传感器具有小粒径、高灵敏度、良好的可逆性和生物相容性, 在细胞等微环境pH检测方面将具有良好的应用前景。

荧光分子自发辐射的发散性以及低辐射效率制约了单分子荧光传感光信号的捕获, 电介质纳米圆柱能够有效提高荧光分子的定向发光强度。利用时域有限差分(FDTD)法, 理论研究了荧光分子的振荡方向、荧光分子与纳米圆柱的距离、纳米圆柱的折射率和直径对定向发光增强的影响。结果表明: 当纳米圆柱的折射率为1.7、荧光分子的振荡方向沿圆柱的轴向、纳米圆柱具有更大的直径且荧光分子离纳米圆柱的距离更小时, 荧光的定向增强效果更好。当纳米圆柱直径为1 μm、荧光分子距离纳米圆柱10 nm时, 荧光定向增强约为10倍, 定向发射角约为16.1°。

采用高温固相法合成SrAl2O4∶Eu,Ho应力发光材料。XRD结果表明, 所合成的样品较纯, 掺杂离子并未改变基质材料的基体结构。将 SrAl2O4∶Eu,Ho(SAOEH)应力发光粉末与树脂混合制备复合应力发光薄膜。光谱结果表明, 薄膜的发光随着厚度的增加而增强; 薄膜的SEM结果表明, SAOEH粉体颗粒均匀分散在树脂中。将应力发光薄膜应用于钢板焊缝处背面, 应力测试结果表明薄膜应力发光先增强后减弱。当薄膜厚度为0.9 mm时, 应力发光最强, 且在焊缝处可得到较高的响应值。此外, 在循环测试的过程中, 应力发光薄膜可对焊板断裂实现实时响应, 结合CCD相机可实现钢板焊缝检测的可视化, 并对缺陷定位。

对广范pH试纸在pH值2.2～12.5范围内的荧光特性及基于试纸荧光的pH传感系统进行了探索。检测了不同pH缓冲液中浸渍过并晾干的pH试纸的光致发光, 并分析了试纸荧光光谱的谱峰频移以及谱带重心频移。实验结果表明, pH试纸的荧光在实验pH区间的变化有明确的规律性, 其中在弱酸碱性的pH值(4.0～9.0)范围内, 谱带重心λB随pH值近似线性变化, 相应的经验传感方程为λB=603.8-4.09pH。以pH为7对应的荧光谱带重心作参考, 其相对灵敏度为0.71%/pH, 实验系统的pH分辨力约为0.4。用该实验系统实际测试了稀的尿素水溶液及自来水的pH值, 与商用电化学式pH计的结果一致, 验证了实验方法及传感系统的通用性、实用性。该实验为pH检测提供了一种较比色读数更加精确客观、成本低廉、数据可靠、样品可保存可追溯的传感方法及测试系统。该系统还可以弥补广范pH试纸不能准确测试弱酸弱碱的不足。

利用水热法合成了一种新的配合物, ［Eu(PABA)3(phen)(H2O)］·2H2O(1)(PABA= 对氨基苯甲酸根, phen=1,10-邻菲罗啉)。 该配合物为单核分子, 中心离子Eu3+的配位数9, 环境为{EuO7N2}, 形成了一种扭曲的单帽四方反棱柱多面体。 该配合物通过氢键进一步构筑成为三维超分子结构。 配合物1在紫外灯下显现为亮红色, 其荧光光谱在595和618 nm处出现了2条尖锐的发射峰, 分别对应于Eu3+的5D0→7F1和5D0→7F2跃迁。 研究了水溶液中不同阴离子、 阳离子以及溶剂对配合物1荧光的影响, 实验结果表明不同阴离子、 阳离子和溶剂对该配合物的荧光强度有不同程度的影响, 在各自实验条件下, F-, Pb2+和硝基苯对该配合物有显著的荧光猝灭效应。 基于荧光猝灭机理, 该配合物可作为F-, Pb2+和硝基苯的荧光探针。