基于探针结构精细调控实现高氯酸盐可视化传感

高氯酸盐具有强氧化性和高稳定性，是广泛应用于固体推进剂、军工生产、航天器材、烟花爆竹等领域的重要含能材料之一。据美国爆炸数据中心统计，以高氯酸盐/氯酸盐作为原料直接或间接参与的爆炸案达全球爆炸案总量的63.4%。因此，开展对痕量高氯酸盐固体的高灵敏、准确的现场检测对保障国家公共安全具有重要的现实意义。中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队长期致力于痕量危化品检测方法研究，在危爆品、特别是非制式爆炸物的高灵敏、快速、识别检测原理和器件设计方面发展了系列新的解决方案（Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 2002991、Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI: 10.1002/anie.202203358等）。近期在高氯酸盐现场可视化检测方面取得进展，提出了一种基于自组装配合物探针与水凝胶耦合作用协同调控的超高灵敏比色-荧光双模可视化传感新策略，成功实现了超痕量高氯酸盐的现场双模可视化检测。

该团队以三联吡啶铂(II)辅助配体为切入口，结合量子化学计算，系统研究了不同辅助配体对水溶液中三联吡啶铂(II)自组装产物Pt-Pt金属作用导致的MMLCT态光谱能量和发光稳定性的影响，阐明了辅助配体调控高氯酸根诱导聚集产物发光性质的一般性规律。研究发现，异硫氰酸根为辅助配体时，高氯酸根诱导聚集的三联吡啶铂(II)自组装产物具有能量最低且最稳定的MMLCT吸收/发射光谱，而溴为辅助配体时，自组装产物的MMLCT发生强度最高。因此，结合反阴离子调控，获得了具有良好水溶性的三联吡啶铂(II)配合物高氯酸盐比色-荧光双模可视化探针，实现了对高氯酸盐的高灵敏、高特异、快速、双模可视化传感。

在此基础上，该团队提出了利用水凝胶反应介质与探针之间的耦合效应对传感材料发光信号局域增强的提升策略。通过将该铂(II)配合物探针与具有均一网络结构的PVA水凝胶耦合，利用自组装生成的微米级一维纤维状聚集体与水凝胶网络的相互作用，实现了对发光产物的完全锚定，实现了对0.75 μm（0.73 fg）高氯酸盐单颗粒的比色-荧光双模传感信号的直接观测，对空气中高氯酸盐悬浮微粒的检测限低至0.02 fg。

该研究提出的辅助配体精细调控提升自组装阴离子探针双模可视化传感性能的策略，不仅可为具有特异双模光学响应信号的阴离子探针设计提供指导，还发展了基于单颗粒响应信号直接观测的超灵敏嗅觉传感方法，可为其他超痕量难挥发化学物质传感提供借鉴。此外，爆炸物传感检测团队以该研究为核心，与新疆公安厅共同发布自治区地方标准1项（DB 65/T 4451-2021《氯酸盐和高氯酸盐的检测目视化学比色法》），为相关行业提供了高氯酸盐检验鉴定操作规范。

系列研究成果分别发表在《Journal of Materials Chemistry A》（杂志封底）和《Sensors and Actuators B: Chemical》上，博士研究生苏珍为第一作者，导师窦新存研究员和李毓姝副研究员为共同通讯作者，相关理论计算部分与太原科技大学李坤教授合作完成。研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院及自治区相关项目的资助。