稀土超分子薄膜讓污染物無處隱藏

據悉，北方稀土的“稀土超分子傳感材料產業技術開發”項目（簡稱“項目”）被列為2020年內蒙古關鍵技術攻關計畫專案。稀土超分子薄膜因具有良好的光穩定性和化學穩定性等特點，而能用於檢測廢水廢氣中的有機物小分子、重金屬離子以及揮發胺，能及時預防污染物向環境中擴散，該技術的應用操作簡單，結果可靠，對提升稀土產品的附加值意義重大。

目前，在現有多種檢測污染物的方法中，基於螢光的化學檢測相比於其它的設備有著更多的優勢，比如具有高信噪比輸出，操作簡單，成本低廉，結果可靠等。專案負責人、包頭稀土研究院高級工程師李靜雅認為，螢光感測器以其靈敏度高、選擇性好等優點已成為感測器領域的主要研究物件之一，但尋找到合適的材料構築實用化的螢光感測器仍然面臨諸多挑戰。

據黑龍江大學李洪峰教授介紹，稀土配合物具有螢光量子產率高，斯托克斯位移位移大，發射譜帶較窄和螢光壽命較長等優點，使之可以有效克服來源於檢測體系的背景螢光，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、器件的製造和優異的性能非常具有挑戰性，所以關於稀土基配合物作為污染物檢測感測器的開發較少。尤其值得關注的是，傳感性能的成功實現要求材料應具有一定的孔隙率。

然而，稀土離子較大的配位數往往會導致材料形成緻密體的聚集體。稀土金屬有機框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內的溶劑分子通常阻礙目標分子進入通道，造成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致框架的崩潰，讓薄膜成型難度加大。

該專案結合分子籠的空間選擇性、滲透性和稀土離子的特殊光譜特徵，研究開發一類新型稀土超分子材料並將其製成薄膜用於檢測有機物小分子、重金屬離子及揮發胺，以彌補螢光感測器的不足。

據悉，目前專案已投入計畫並順利實施，專案團隊前期在實驗室採用以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點，構築了一種具有空穴結構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，可以用旋塗方法製備成薄膜。

為了進一步檢測薄膜的一些化學特性，專案研發團隊還針對薄膜對各種不同濃度胺/NH3氣體的螢光回應及檢測限進行了探究。將不同濃度的NH3、丙胺、二丙胺、三丙胺、苄胺、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蒸汽充分作用後，測定螢光強度隨胺/NH3濃度的變化曲線。

隨後又對稀土超分子薄膜的螢光強度增加率與各種胺濃度的關係進行了探究發現，如果以檢測能到螢光強度變化率是0.1%為優良光學檢測器的檢測標準，得到胺類物質的檢測限為微克級。

所謂檢測限指某一分析方法在給定的可靠程度內可以從樣品中檢測待測物質的最小濃度或最小量，這個微克級的檢測限遠低於大多數的胺類物質螢光檢測器，並且遠低於美國職業安全委員會所規定的允許暴露界限，經濟環保。

同時通過實驗知道了，該稀土超分子材料薄膜對胺類物質的回應時間為亞秒級並對胺類物質的測試具有可逆性。

李靜雅表示，該專案能夠有效推動稀土功能材料應用技術研究開發，進一步拓展北方稀土產業鏈。

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