获奖项目简介
2025年中国分析测试科学奖一等奖:痕量气态有机危害物的荧光传感材料开发与实际应用
完成单位:中国科学院化学研究所,山东大学,山东省分析测试中心
完成人:车延科,巩彦君,郭永先,籍宏伟,赵进才,胡琼政,车晓甄,廖成龙,孙俪珊
成果简介:荧光传感器具有简便、快速、便携化、高灵敏度和高选择性的特点,可充分利用有机合成方法制备新型传感材料,实现选择性分子识别。但是当前荧光传感器存在光稳定性差、结构可控性差、规模化程度低等问题,限制了其商业化应用。针对这些问题,申请人团队在有机荧光传感领域取得了系列突破,包括:(1)提出了包括共组装光稳定能量受体策略和本征光稳定的给受体(D-A)分子组装传感材料的方法,实现了高光稳定性传感材料的制备;(2)开发了活性种子自组装新方法,实现了分子排列和聚集体尺寸、形貌的精确控制;(3)开发了多种高性能的便携式荧光传感装置,结合自主研发的传感材料实现了商业应用,取得了很好的经济效益。项目团队自2019年以来发表包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平SCI论文23篇;授权国家发明专利9项;主持包括青年科学基金项目(A类)、国家重点研发子课题等国家级项目3项。
创新点及科学价值:
(1)本成果针对有机荧光传感材料的光稳定性差的难题,提出了两种有效解决策略:通过引入少量光稳定能量受体与现有传感材料共组装,在不影响原有传感性能的前提下,显著提升了材料的光稳定性与发光效率,已成功用于爆炸物和化学战剂检测;设计合成兼具高效分子识别能力和本征光稳定特性的新型给受体分子,实现了对芥子气、有机硫化物等高灵敏和高选择性检测。
(2)基于有机小分子的活性自组装策略实现对晶体材料分子排列和维度尺寸的纳米级精确调控,解决了材料商业化设备中传感性能重复性差的关键问题。
(3)开发多种新型气体传感装置,实现了荧光传感装置小型化、便携化。
科学价值:
材料传感性能行业领先,对爆炸物检测灵敏度高达1纳克,可区分6种不同类型;对芥子气、沙林等化学战剂检测限达ppb级别;对有机硫化物检测限为4 ppb,适用于复杂环境及食品变质早期筛查。所研发的便携式检测装置拥有完全自主知识产权,性能比肩国际水平,已用于重大活动安保,突破国外技术壁垒,具备广阔推广前景。
社会经济效益:
本成果与北京华泰诺安探测技术有限公司合作,开展科研成果转化,开发了包括EF1000,EF2000,EF5000,IF02,DF03等基于荧光传感技术的项目。成果主要应用于环境监控、安全检查,自 2019 下半年以来已销售大于4000台(约7000万人民币)EF1000,并在环境保护、公共安全防护等方面产生了良好的社会效益。
应用前景:
该技术在公共安全领域可为重大活动安保、边境安检等提供支撑;在食品安全领域可用于肉类、海产品新鲜度实时监测与预警;在环境监测和工业安全领域也有望用于大气VOCs、有毒气体泄漏等检测场景,展现出广泛的横向拓展潜力。