新疆理化所提出電子能量轉移機制實現乙二胺高效檢測

　　開發新型傳感材料及提出新的傳感機制是搶占智能傳感材料、器件、系統及應用的戰略制高點。中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊長期致力于痕量化學物質檢測材料設計、檢測機制挖掘、檢測性能提升等研究，在聚簇觸發磷光的非晶態銅基納米顆粒、基于內濾波效應的自加速三模可視化上轉換納米材料、基于分子間空間電荷轉移的萘酰亞胺熒光探針等方面發展了系列新型傳感材料(Adv. Mater., 2023, 2300526、Angew. Chem. Int. Ed., 2022, e202203358、Adv. Sci., 2024, 11, 2309182、Aggregate, 2023, e315、Aggregate, 2022, e260、Adv. Sci., 2020, 7, 2002991等)，實現了公共安全領域系列關鍵目標待測物的高靈敏、抗干擾檢測。
 

　　通過調控傳感單元與待測物之間的有效相互作用力開發新型功能化量子點傳感材料對于高效痕量傳感至關重要。鑒于此，團隊設計開發了色酮基配體功能化的CdSe/ZnS量子點-探針(QDs-Chromone)體系，在無光譜重疊的狀態下，首次發現乙二胺特異性驅動的電子能量轉移(EET)機制，并實現了乙二胺高靈敏、強特異的熒光、比色雙模檢測。具體設計策略為：基于待測物乙二胺的強親核性，以色酮基團中碳碳雙鍵為識別位點，利用量子點的吸電子特性，進一步提升碳碳雙鍵上碳原子的電正性；當乙二胺與該識別位點接觸，發生親核加成反應，并形成兩個穩定的分子內氫鍵，導致共軛基團的顯著擴大從而發生熒光的明顯變化。通過態密度及空穴-電子分布分析發現，QDs-Chromone體系與乙二胺反應前電子-空穴集中在量子點上，主要為量子點發光；反應后電子-空穴集中在配體上，主要為配體發光。因此，在配體吸收光譜與量子點發射光譜無重疊的情況下，檢測體系實現了電子-空穴從量子點至配體的轉移，體系熒光由量子點的紅色變為配體的藍色，顏色由無色變為黃色；對乙二胺溶液的檢測限達0.11 μM，對乙二胺蒸氣的檢測限達10 ppm；同時，可以實現乙二胺與17種胺類化合物和24種其他干擾物(如無機鹽類易制爆原料、堿性無機鹽化合物、制式爆炸物、常見生活用品等)的有效區分。該工作提出的待測物誘導的電子能量轉移機制，有望作為一種更通用和有前景的機制突破現有痕量傳感設計策略，為建立與待測物的有效相互作用開辟新的方法，并極大地推進功能化量子點在多種領域的應用。
 

　　相關研究成果以“Design of Highly Efficient Electronic Energy Transfer in Functionalized Quantum Dots Driven Specifically by Ethylenediamine”為題發表于著名化學期刊JACS的姊妹刊《JACS Au》，并被期刊選為Supplementary Cover，博士研究生任文飛和特別研究助理李繼廣為共同第一作者，祖佰祎研究員和竇新存研究員為共同通訊作者，中國科學院新疆理化技術研究所為第一單位。該工作得到了國家自然科學基金、新疆自然科學基金、中國科學院從0到1原始創新項目、新疆天山英才科技創新團隊及中國科學院青年創新促進會等項目的資助。
 

基于功能化量子點探針體系實現乙二胺驅動電子能量轉移示意圖