基于探針結構精細調控實現高氯酸鹽可視化傳感

高氯酸鹽具有強氧化性和高穩定性，是廣泛應用于固體推進劑、軍工生產、航天器材、煙花爆竹等領域的重要含能材料之一。據美國爆炸數據中心統計，以高氯酸鹽/氯酸鹽作為原料直接或間接參與的爆炸案達全球爆炸案總量的63.4%。因此，開展對痕量高氯酸鹽固體的高靈敏、準確的現場檢測對保障國家公共安全具有重要的現實意義。中國科學院新疆理化技術研究所爆炸物傳感檢測團隊長期致力于痕量危化品檢測方法研究，在危爆品、特別是非制式爆炸物的高靈敏、快速、識別檢測原理和器件設計方面發展了系列新的解決方案（Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 2002991、Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI: 10.1002/anie.202203358等）。近期在高氯酸鹽現場可視化檢測方面取得進展，提出了一種基于自組裝配合物探針與水凝膠耦合作用協同調控的超高靈敏比色-熒光雙模可視化傳感新策略，成功實現了超痕量高氯酸鹽的現場雙模可視化檢測。

該團隊以三聯吡啶鉑(II)輔助配體為切入口，結合量子化學計算，系統研究了不同輔助配體對水溶液中三聯吡啶鉑(II)自組裝產物Pt-Pt金屬作用導致的MMLCT態光譜能量和發光穩定性的影響，闡明了輔助配體調控高氯酸根誘導聚集產物發光性質的一般性規律。研究發現，異硫氰酸根為輔助配體時，高氯酸根誘導聚集的三聯吡啶鉑(II)自組裝產物具有能量最低且最穩定的MMLCT吸收/發射光譜，而溴為輔助配體時，自組裝產物的MMLCT發生強度最高。因此，結合反陰離子調控，獲得了具有良好水溶性的三聯吡啶鉑(II)配合物高氯酸鹽比色-熒光雙模可視化探針，實現了對高氯酸鹽的高靈敏、高特異、快速、雙模可視化傳感。

在此基礎上，該團隊提出了利用水凝膠反應介質與探針之間的耦合效應對傳感材料發光信號局域增強的提升策略。通過將該鉑(II)配合物探針與具有均一網絡結構的PVA水凝膠耦合，利用自組裝生成的微米級一維纖維狀聚集體與水凝膠網絡的相互作用，實現了對發光產物的完全錨定，實現了對0.75 μm（0.73 fg）高氯酸鹽單顆粒的比色-熒光雙模傳感信號的直接觀測，對空氣中高氯酸鹽懸浮微粒的檢測限低至0.02 fg。

該研究提出的輔助配體精細調控提升自組裝陰離子探針雙模可視化傳感性能的策略，不僅可為具有特異雙模光學響應信號的陰離子探針設計提供指導，還發展了基于單顆粒響應信號直接觀測的超靈敏嗅覺傳感方法，可為其他超痕量難揮發化學物質傳感提供借鑒。此外，爆炸物傳感檢測團隊以該研究為核心，與新疆公安廳共同發布自治區地方標準1項（DB 65/T 4451-2021《氯酸鹽和高氯酸鹽的檢測目視化學比色法》），為相關行業提供了高氯酸鹽檢驗鑒定操作規范。

系列研究成果分別發表在《Journal of Materials Chemistry A》（雜志封底）和《Sensors and Actuators B: Chemical》上，博士研究生蘇珍為第一作者，導師竇新存研究員和李毓姝副研究員為共同通訊作者，相關理論計算部分與太原科技大學李坤教授合作完成。研究工作得到國家自然科學基金委、中國科學院及自治區相關項目的資助。