近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究人員在薄膜熒光傳感器研究方面取得進展。該研究為制備優異的薄膜熒光傳感器提供了有效策略，對熒光傳感與氣體吸附的協同過程進行了實驗驗證與理論計算闡釋。相關成果以Fluorophor embedded MOFs steering gas ultra-recognition為題，發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
近年來，薄膜熒光傳感器在氣體傳感領域發揮重要作用，因具有較高的靈敏度、響應性和選擇性，是目前最有前景的痕量物質檢測技術之一。然而，多數熒光敏感材料存在聚集熒光淬滅（ACQ）效應和光漂白現象，使得滿足實際應用要求的熒光傳感材料并不多見。這限制了熒光敏感材料在氣體檢測方面的應用，亟待開發用于氣體傳感的新型高性能敏感材料。針對薄膜有機熒光探針材料面臨的固態熒光量子效率差、光穩定性差等問題，研究人員將有機熒光客體搭載到金屬有機框架（MOF）中，開發了一種對氣體分析物具有高靈敏度、高選擇性、高穩定性的新型主客體式薄膜熒光氣體傳感器，為構建滿足不同需求的薄膜熒光傳感器提供了靈活的方法。
該工作以ACQ分子Me4BOPHY-1作為被封裝有機客體，采用簡單的固相合成方法嵌入金屬有機框架ZIF-8中，通過調整負載比例調節其熒光發射特性。MOFs（ZIF-8）為客體分子提供了各種納米空腔，從而減少了熒光分子的自聚集，有效克服Me4BOPHY-1的ACQ效應。負載不同比例的客體后，分子的固態熒光量子效率從0.76%最高提升到19.72%。進一步，研究實現了對神經毒劑沙林的模擬物氯磷酸二乙酯的氣相識別。
MEMS懸臂梁吸附研究表明，主客體嵌入式MOF傳感器對待測氣體的預富集賦予了探針優異的氣體傳感能力，響應時間可達3 s，檢測限低至1.13 ppb。MOF的籠化效應提高了對于分析物的選擇性，Me4BOPHY-1@ZIF-8對干擾性氣體HCl的響應明顯變弱，而這在以前的文獻報道中是不可避免的。此外，有機金屬框架結構的“籠化效應”還確保了傳感器良好的光穩定性和熱穩定性。有機熒光分子的熱分解溫度從200 ℃升至527 ℃，且在激發光波段的激光持續4800 s的照射下仍能保持初始熒光強度。
相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金，以及上海市科學技術委員會等的支持。
