Jianyu Tuo, Yong Chen, Kaixiang Cui, Ruijuan Wen, Taihong Liu,* Liping Ding,* and Yu Fang. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c03767
图1. 氰基功能化纳米膜的异质结构及肼蒸汽传感应用示意图
图2. (a) 模拟肼溶液实际挥发场景的测试环境示意图；(b) 该测试环境下纳米膜对肼蒸汽的荧光响应；(c) 用于评估纳米膜肼检测性能的双盲测试；(d) 在 365 nm 紫外灯照射下，利用智能手机采集纳米膜荧光图像，提取 RGB 值并计算相应 Y（灰度）值；(e) 暴露于不同浓度肼蒸汽下的纳米膜的荧光图像；(f) 基于拟合方程及 Y 值实现肼蒸汽浓度的定量分析。
界面自组装纳米膜是一类超薄的功能型材料，在分离、催化、储能、环境修复以及化学传感等诸多领域具有重要应用价值。该类材料优势源于界面反应的限域效应，纳米尺度的厚度调控、连续完整的结构特征，以及高度可变的界面微环境，其性能优于传统块体膜或涂层膜。然而，现有界面纳米膜体系多选用高度对称、各向同性的构筑单元，在交联反应中易生成结构均一的共价网络。多数情况下，这类均质网络会导致膜内电荷分布、界面极性与分子堆积模式缺乏空间差异化，在一定程度上限制了定向传质通道、异质吸附位点以及各向异性功能界面的形成。因此，借助不对称分子设计对构筑单元进行定向修饰，为突破传统对称纳米膜的性能瓶颈、拓宽其结构‑功能调控空间提供了直接有效的策略。
本研究设计并合成了一种不对称构筑单元CNHA，该分子同时含有酰肼与氰基两种不同的官能团。通过将酰腙缩合与克脑文格尔缩合反应相结合，使其与四苯乙烯四醛在界面限域动态缩聚条件下完成成膜过程，并于共价网络内同步构建动态C=N键与共轭C=C键。所制备的TFPE-CN纳米膜兼具自支撑特性与均匀无缺陷的形貌；其异质键合结构可有效促进π电子离域、增强分子内电荷转移效应，使材料实现30.8%的荧光量子产率与185 nm的斯托克斯位移。该薄膜依托氢键相互作用与特异性化学反应的协同机制实现对肼蒸汽的灵敏检测。此外，以TFPE‑CN纳米膜为核心传感单元搭建的薄膜基荧光传感平台，可实现N₂H₄蒸汽的实时原位检测，具备超高的灵敏度（检出限约为130 ppt）、快速响应以及优异的选择性。在实际检测场景中，该传感薄膜亦可通过显著的荧光颜色变化，实现对肼蒸汽的裸眼识别。本研究提出了一种用于制备界面纳米薄膜的不对称分子设计策略，为开发高性能、便携式肼蒸汽传感平台奠定了基础。
第一作者：陕西师范大学硕士研究生拓建宇
通讯作者：陕西师范大学丁立平教授、刘太宏教授
全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c03767
