论文部分内容阅读
本工作以MIL-100（Fe）为气体敏感材料,制备了一种能够快速、超灵敏拉曼检测空气中挥发性有机化合物（VOCs）的气体传感器。该传感器可以分别实现对甲苯（芳香类VOCs）、氯仿（卤素类VOCs）等的灵敏检测,其性能显著优于传统气体传感器。将金纳米粒子沉积到吸附了甲苯的MIL-100（Fe）基底上,可以实现拉曼增强因子高达1010的增强效果。以MIL-100（Fe）为气敏材料的传感器对肺癌呼出标志物丙酮、异丙醇、4-乙基苯甲醛等也具有强大的检测能力。经过结构调控或改性,MIL-100（Fe）对某一种或几种VOCs的检测灵敏性和特异性均得到了有效提高。辅以DFT理论模拟与计算,我们初步探讨了MIL-100（Fe）对不同VOCs拉曼信号增强的具体机制。结果表明,当MOFs与吸附底物的能级匹配时,在激光的激发下两者之间会发生HOMO-LUMO之间的电子跃迁,使吸附分子的拉曼信号增强。本论文的主要研究内容包括:（1）利用MIL-100（Fe）材料具有的拉曼活性,实现对多种VOCs的快速、超灵敏检测,其中对甲苯的检测限低至2.5 ppm;在体系中引入金纳米粒子,可将甲苯检测限进一步降至0.48 ppb;同时,对肺癌呼出标志物4-乙基苯甲醛、丙酮和异丙醇的检测限分别为1 ppm、5ppm和15 ppm;将MIL-100（Fe）进行结构调控或改性后,能够有效降低其对异丙醇分子的检测限。（2）以MIL-100（Fe）对不同种类VOCs增强性能的差异及不同金属中心MOFs对同一VOCs分子吸附能力的强弱为切入点,结合理论模拟与计算,从结合位点、分子间作用方式与能级结构特点的角度分析VOCs与MOFs之间的作用过程,初步揭示MOFs产生拉曼增强的机制;并且证明了MIL-100（Fe）作为传感器具有稳定且可以循环利用的特性。（3）传感器能对液相中亚甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）分子的拉曼信号进行增强,其中对MB的检测限可达到10-7 M。通过理论计算,分析了MIL-100（Fe）材料对两种染料分子检测能力的差异化来源。