近日，內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳公布2020年度科研項目評審結(jié)果，中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司（以下簡稱北方稀土）的“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)”項目（以下簡稱項目）被列為內(nèi)蒙古關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計劃項目。項目負(fù)責(zé)人、包頭稀土研究院高級工程師李靜雅表示，項目已投入計劃并順利實施。該項目能夠有效推動稀土功能材料應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)，進一步拓展北方稀土產(chǎn)業(yè)鏈。

目前，在現(xiàn)有多種檢測污染物的方法中，基于熒光的化學(xué)檢測相比于其它復(fù)雜的設(shè)備有著許多優(yōu)勢，比如具有高信噪比輸出，操作簡單，成本低廉，結(jié)果可靠等。項目負(fù)責(zé)人、包頭稀土研究院高級工程師李靜雅認(rèn)為，熒光傳感器以其靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點已成為傳感器領(lǐng)域的主要研究對象之一，但尋找到合適的材料構(gòu)筑實用化的熒光傳感器仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。

據(jù)黑龍江大學(xué)李洪峰教授介紹，稀土離子獨特的電子層結(jié)構(gòu)，稀土配合物具有熒光量子產(chǎn)率高，斯托克斯位移位移大，發(fā)射譜帶較窄和熒光壽命較長等優(yōu)點。這些優(yōu)點可以有效克服來源于檢測體系的背景熒光，提高檢測的靈敏度和精確度。但因要同時兼顧材料的滲透性、器件的制造和優(yōu)異的性能非常具有挑戰(zhàn)性，所以關(guān)于稀土基配合物作為污染物檢測傳感器的開發(fā)較少。尤其值得關(guān)注的是傳感性能的成功實現(xiàn)要求材料具有一定的孔隙率。然而，稀土離子較大的配位數(shù)往往會導(dǎo)致材料形成致密體的聚集體。稀土金屬有機框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內(nèi)的溶劑分子通常阻礙目標(biāo)分子進入通道，導(dǎo)致它們與識別位點的相互作用受到限制，而溶劑分子的去除通常導(dǎo)致框架的崩潰，讓薄膜成型難度加大。

該項目結(jié)合分子籠的空間選擇性、滲透性和稀土離子的特殊光譜特征，研究開發(fā)一類新型稀土超分子材料并將其制成薄膜用于檢測有機物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺。該項目制備的稀土超分子薄膜可以彌補熒光傳感不能有效對有機物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺進行探測的問題。

據(jù)悉，目前項目已投入計劃并順利實施，項目團隊前期在實驗室采用以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點，構(gòu)筑了一種具有空穴結(jié)構(gòu)的稀土四面體籠超分子材料，該稀土超分子材料具有較好的溶解性，可以用旋涂方法制備成薄膜。

為了進一步檢測薄膜的一些化學(xué)特性，項目研發(fā)團隊還針對薄膜對各種不同濃度胺/NH3氣體的熒光響應(yīng)及檢測限進行了探究。將不同濃度的NH3、丙胺、二丙胺、三丙胺、芐胺、苯乙胺、苯胺蒸汽通入裝有稀土超分子薄膜的測試皿中，讓稀土超分子薄膜與胺/NH3蒸汽充分作用后，測定熒光強度隨胺/NH3濃度的變化曲線。隨后又對稀土超分子薄膜的熒光強度增加率與各種胺濃度的關(guān)系進行了探究發(fā)現(xiàn)，如果以檢測能到熒光強度變化率是0.1%為優(yōu)良光學(xué)檢測器的檢測標(biāo)準(zhǔn)，得到胺類物質(zhì)的檢測限為微克級。

所謂檢測限指某一分析方法在給定的可靠程度內(nèi)可以從樣品中檢測待測物質(zhì)的最小濃度或最小量，這個微克級的檢測限遠(yuǎn)低于大多數(shù)的胺類物質(zhì)熒光檢測器，并且遠(yuǎn)低于美國職業(yè)安全委員會所規(guī)定的允許暴露界限，經(jīng)濟環(huán)保。

同時通過實驗可知，該稀土超分子材料薄膜對胺類物質(zhì)的響應(yīng)時間為亞秒級并對胺類物質(zhì)的測試具有可逆性，這一特征，說明稀土超分子材料薄膜具有良好的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，其在熒光傳感方面具有較強的應(yīng)用性。

李靜雅認(rèn)為，項目開展可以開發(fā)出一種新型的稀土超分子傳感材料，基于該材料所制得的薄膜可用于檢測廢水廢氣中的有機物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺，能及時預(yù)防污染物向環(huán)境中擴散，該技術(shù)應(yīng)用操作簡單，結(jié)果可靠，對提升稀土產(chǎn)品的附加值意義重大。