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廣工楊東朋/黃少銘教授團(tuán)隊(duì) JCIS:光子晶體氫氟酸傳感器
2023-06-21  來源:高分子科技

  高精度,高選擇性,可視化檢測氫氟酸(HF)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。本工作提出了一種新的基于“刻蝕誘導(dǎo)溶脹機(jī)制”的水凝膠光子晶體(PC)作為檢測HF的傳感器。該HF傳感器是由二氧化硅//丙烯酸羥乙酯所組成,并通過二氧化硅非密堆積自組裝,光聚合和水溶脹過程實(shí)現(xiàn)了非密堆積結(jié)構(gòu)。被HF輕微刻蝕的二氧化硅誘導(dǎo)了PC水凝膠的溶脹,導(dǎo)致反射波長和結(jié)構(gòu)色的變化,從而實(shí)現(xiàn)可視化和光譜檢測HF(0-10mM)。具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和成分的PC水凝膠是高精度傳感高選擇性低檢測限的關(guān)鍵(0.1mM)。此外,該傳感器還具有可裁剪性便攜帶式、易操作低成本的優(yōu)勢。


圖1 光子晶體水凝膠的合成示意圖及檢測檢測機(jī)理


  廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院楊東朋/黃少銘教授團(tuán)隊(duì)基于對刻蝕機(jī)理的理解,從非密堆積有序結(jié)構(gòu)入手,在聚合物中非密堆積組裝了SiO2膠體顆粒。通過HFSiO2膠體顆粒的輕微刻蝕,以及-OH的釋放形成氫鍵,提出了“刻蝕誘導(dǎo)溶脹”的機(jī)理,成功制備出了高傳感精度、高選擇性和低檢測限的HF檢測傳感器(光子晶體水凝膠)。


PC水凝膠刻蝕前后反射光譜和對應(yīng)的SEM 圖像,以及不同酸,鹽,堿與Δλ的關(guān)系


  制備的HF酸傳感器擁有優(yōu)異的可視化傳感精度(隨著HF濃度的增加,光子晶體水凝膠可從明亮的黃色變?yōu)榘岛谏⒏哌x擇性(僅對HF及堿響應(yīng))和低檢測限(0.1mM同時該傳感器還具有可裁剪性、便攜帶式、易操作、低成本的優(yōu)勢。該工作為實(shí)際應(yīng)用中檢測和識別水溶液中的HF提供了一種高效便捷的方法,同時促進(jìn)了對光子晶體基本傳感機(jī)理的理解。 


圖 不同濃度HFPC水凝膠的顯微鏡圖像和反射光譜


  這項(xiàng)工作提出了一個全新的“刻蝕誘導(dǎo)溶脹”機(jī)理,為制備可視化、高靈敏度、低檢測限的HF傳感器提供了新的思路,并在無線傳感器、柔性顯示器和信息加密方面有廣泛的應(yīng)用。該工作以 “Precisely sensing hydrofluoric acid by photonic crystal hydrogels”為題發(fā)表于Journal of Colloid and Interface Science,廣東工業(yè)大學(xué)本科生張澤坤為文章的第一作者,楊東朋博士黃少銘教授為本論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.12.045


通訊作者簡介

楊東朋,博士,廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院青年百人(A),講師。長期從事光子晶體的組裝及其在印刷、傳感、防偽和光催化增強(qiáng)等應(yīng)用,在J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater., ACS Appl. Mater. Interface, J. Mater. Chem. C., Chem. Commun., Nanoscale, Langmuir, J Phys. Chem. C等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文40余篇,獲得授權(quán)國家發(fā)明專利1項(xiàng)。成果多次被Nature, ACS, APS作為研究亮點(diǎn),并被JMCC, PCCP, AMI, ACS Omega等期刊選為封面。2021年,受邀為Materials Advances期刊撰寫膠體組裝方面的綜述性文章。



黃少銘 教授,博導(dǎo),國家杰出青年基金獲得者。1991年獲南開大學(xué)博士學(xué)位。1991-1993 南京大學(xué)博士后,出站后留任南京大學(xué)副教授。1996-2005先后在英國Sussex大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院(CSIRO) 和美國Duke大學(xué)從事研究。2005年3月回國任南京大學(xué)教授、博導(dǎo)。2005.9-2018.12任職溫州大學(xué),2019.02月起任職廣東工業(yè)大學(xué)。擔(dān)任廣州市低維材料與儲能器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,校學(xué)術(shù)與學(xué)位委員會委員及分委員會主任。長期致力于低維材料及器件應(yīng)用研究。在納米結(jié)構(gòu)碳材料及儲能器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面取得了一系列具有國際影響的成果。1999年以來已在國際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表380篇余論文, 包括Nat. Mater., Nat. Commun., JACS., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Phys. Rev. Lett.等,被引用近2萬次, H指數(shù)70,入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。申請專利90多項(xiàng)。先后完成和承擔(dān)包括科技部973和863項(xiàng)目、國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金委國際合作研究重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目及省部級重點(diǎn)項(xiàng)目等十多項(xiàng),獲省部級獎3項(xiàng)。是國家基金委、自然科學(xué)獎、科技部、教育部等會評專家。

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