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基于主客体掺杂室温磷光材料的氧气传感材料

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定量氧气检测，特别是在低浓度下的检测，在生物、复杂环境和化学过程工程中具有重要意义。由于磷光的三线态激子对氧气的高灵敏度和快速响应，纯有机室温磷光用于氧气检测近年来引起了人们的广泛关注。然而，在室温下纯有机主客体掺杂材料同时实现超长磷光和定量氧气检测仍然面临挑战。为实现磷光需要限制发光基元的非辐射弛豫需要的主体分子间紧密堆积，致使氧气不容易进材料体系中，进而难以实现对氧气的响应。本研究探讨了由4'，4'-二叔丁基-4-溴三苯胺(TPABuBr)和4-溴代正丁基萘酰亚胺(NIBr)组成的主客体掺杂室温磷光材料在低氧环境下的氧敏感性。该掺杂材料在室温下展现出荧光和磷光双发射特性。主体TPABuBr中的叔丁基基团使晶体结构中存在适当的分子间距，赋予了掺杂材料氧透过性。掺杂材料的磷光发射强度与氧体积分数之间的线性关系符合Stern-Volmer方程，可用于定量分析氧浓度，且具有快速响应和优异的光稳定性，展示了其作为氧传感器的潜力。总的来说，本研究阐述了NIBr/TPABuBr掺杂材料的设计和特性，展示了其在氧浓度检测方面的潜力，为设计氧传感系统提供了新思路。
Detection of Oxygen Based on Host-Guest Doped Room-Temperature Phosphorescence Material
Quantitative oxygen detection,especially at low concentrations,holds significant importance in the realms of biol-ogy,complex environments,and chemical process engineering.Due to the high sensitivity and rapid response of the triplet excitons of phosphorescence to oxygen,pure organic room-temperature phosphorescence(RTP)materials have garnered widespread attention in recent years for oxygen detection.However,simultaneously achieving ultralong phosphorescence at room temperature and quantitative oxygen detection from pure organic host-guest doped materials poses challenges.The densely packed materials may decrease non-radiative decay to increase the phosphorescence,but are unsuitable for oxygen diffusion in oxygen detection.Herein,the oxygen sensitivity of host-guest doped RTP materials using 4-bromo-N,N-bis(4-(tert-butyl)phenyl)aniline(TPABuBr)as the host and 6-bromo-2-butyl-1H-benzo[de]isoquinoline-1,3(2H)-dione(NIBr)as the guest was developed.The doped material exhibits fluorescence-phosphorescence dual-emission behavior at room temperature.The tert-butyl groups in TPABuBr facilitate appropriate intermolecular spacing in the crystal state,enhancing oxygen permeability.Therefore,oxygen penetration can quench the phosphorescence emission.The observed linear relationship between the phos-phorescence intensity of the doped material and the oxygen volume fraction conforms to the Stern-Volmer equation,suggesting its potential for quantitative analysis of oxygen concentration.The calculated limit of detection is 0.015％(φ),enabling the analysis of oxygen with a volume fraction of less than 2.5％(φ).Moreover,the doped materials demonstrate rapid response and excellent photostability,indicating their potential utility as oxygen sensors.This study elucidates the design and character-istics of NIBr/TPABuBr doped materials,highlighting their potential application in oxygen concentration detection and offer-ing insights for the design of oxygen sensors.

organic room-temperature phosphorescencehost-guest doped strategyoxygen sensitive materialsoxygen con-centration detection

张惟、李庚辰、苏昊、戴文博、孙鹏、石建兵、佟斌、蔡政旭、董宇平

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北京理工大学材料学院 结构可控先进功能材料与绿色应用实验室 北京 100081

中国科学技术大学 合肥国家实验室 合肥 230088

温州大学化学与材料工程学院 浙江温州 325035

温州大学 温州市生物保健材料与化学重点实验室 浙江温州 325035

北京理工大学前沿交叉科学研究院 北京 100081

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有机室温磷光 主客体掺杂策略 氧敏感材料 氧气浓度检测

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2024

10.6023/cjoc202404003

有机化学
中国化学会,中国科学院上海有机化学研究所

有机化学

CSTPCD北大核心
影响因子：1.09
ISSN：0253-2786
年,卷(期)：2024.44(8)