基于MAPbBr3钙钛矿发光复合材料的荧光传感器的构建及应用

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钙钛矿纳米晶体(PNCs)具有可调光谱、高光致发光量子产率和窄发射半峰宽等优异的光学性能,被认为是一种理想的发光材料,在太阳能电池、发光二极管和分析传感等领域展现出巨大的应用前景。然而,PNCs的离子晶体结构和低形成能特性导致晶体结构易发生相变或坍塌,从而限制了其在实际生产中的进一步应用。因此,如何提高PNCs的稳定性是目前亟待解决的重要问题。基于此,本文以金属有机框架材料(Eu-MOF)、静电纺丝聚合物纤维为支载,采用表面包覆策略和模板原位生长法合成了一系列发光效率高、稳定性能好的PNCs复合材料,并成功用于荧光传感器的构建,实现对环境中甲胺(MA)、氨气(NH3)和温度的快速、高灵敏检测。论文的主要研究内容如下:(1)设计了一种基于二甲基胺溴盐金属有机框架复合材料(DMAPb Br3@Eu-MOF)的MA比率荧光传感器。首先,在室温下制备制备由Eu-MOF负载DMAPb Br3的红光发射(I615)DMAPb Br3@Eu-MOF复合材料,在MA氛围下与DMAPb Br3通过气固反应原位生成了绿色荧光(I506)的MAPb Br3。通过MA浓度与MAPb Br3荧光强度之间关系调整绿光和红光的比率以构建MA比率荧光传感器。该传感器在最优传感条件下,复合材料的I506/I615与浓度为9-90 ppm MA呈现出良好的线性关系,荧光颜色发生红-绿变化,LOD低至1 ppm。以Eu-MOF为模板合成的MAPb Br3@Eu-MOF复合材料具有良好的空气、光以及热稳定性。所构建的比率荧光传感器表现出优异的传感性能及可视化分辨率高,为MA检测提供了一种新方法。(2)建立了一种基于静电纺丝技术原位合成了由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆MAPb Br3PNCs的MAPb Br3@PMMA纤维膜,并成功构建了稳定、灵敏的NH3荧光传感器。疏水性PMMA的包覆作用使PNCs具有良好的空气、水和热稳定性。利用MAPb Br3@PMMA纤维膜作为荧光探针构建NH3荧光传感器,实现了对大气中NH3的高灵敏度检测。在一定浓度NH3氛围下,MAPb Br3PNCs中的MA+与NH3发生取代反应形成NH4Pb Br3和MA,从而导致PNCs荧光猝灭。研究结果表明:在最优传感条件下,MAPb Br3@PMMA纤维膜与浓度为8-90 ppm的NH3呈现良好线性关系,r~2为0.992,LOD为3 ppm,成功实现了对NH3的灵敏检测,为实际应用提供了新方法。(3)以绿光发射的MAPb Br3PNCs(I521)和红光发射的罗丹明B(Rh B)(I587)封装在聚丙烯腈(PAN)的MAPb Br3&Rh B@PAN纤维膜为荧光探针,构建了一种比率荧光传感器用于监测温度。在365 nm紫外光照射下,MAPb Br3&Rh B@PAN纤维膜具有强的绿色荧光。由于PAN膜的保护,复合材料表现出良好的稳定性,在30-45 oC范围内,MAPb Br3PNCs的荧光强度随着温度升高而增强,MAPb Br3PNCs与Rh B之间发生荧光共振能量转移导致Rh B的荧光强度随之增强。在最佳实验条件下,MAPb Br3&Rh B@PAN纤维膜的I521/I587与温度呈现良好的线性关系,灵敏度(Sr)高达4.38%oC-1且在365 nm UV照射下颜色从绿色变为黄色。因此,基于MAPb Br3PNCs构建的比率荧光温度传感器具有良好的应用潜力。
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