[01199653]8-羟基喹啉硼化锂修饰的聚合物传感器阵列构筑及其毒品敏感机理研究

针对隐藏毒品非接触式痕量检测手段的空白,本研究基于光电气敏检测原理,构筑了一类面向吗啡类、冰毒类、氯胺酮类以及苯丙胺类等毒品的共轭聚合物光电传感器芯片;利用聚苯撑乙炔特殊的化学结构,提高材料对毒品的特异性识别富集能力;通过掺杂8-羟基喹啉硼化锂（LiBQ）和单壁碳纳米管,提高单个光电传感器的检测灵敏度和缩短响应时间;通过传感器阵列构筑,增加传感器阵列对不同种类毒品的交叉敏感性,增强传感基元对结构类似毒品的响应区分度,实现对常见毒品气氛的非接触识别检测。 （1）成功制备了一种具有共轭结构的聚合物。聚合物的带隙为3.56eV,其导带位置为-1.76eV,价带位置为1.8eV。该共轭聚合物中,当共轭π电子处于基态时,其被固定在共价键上而不能自由移动;当共轭π电子处于激发态时,其可以在整个共轭体系中自由移动,这种线性的共轭结构为电子提供了高效快速的传递介质（分子导线效应）,因而使共轭聚合物具有优异的光电性质。 （2）利用AAO模板,通过溶液润湿渗透法实现了聚合物纳米组织结构的调控。探究了模板可是时间、聚合物浓度、模板孔径等因素对纳米阵列结构的影像。结果表明：孔径为300nm、孔深为50μm的AAO模板的合理刻蚀时间范围为1~2h,在此时间范围内,可以得到直立性较好的纳米阵列;利用孔径为300nm的AAO模板,探究了聚合物浓度为2.5mg/L、5mg/L和10mg/L对纳米阵列的影响,结果表明聚合物浓度为5mg/L时,构筑出的纳米阵列的直立性及纳米管的质量均是三者中的最优;通过利用孔径为30nm、110nm、200nm、300nm和390nm的AAO模板探究模板孔径对纳米阵列的形貌可知,小孔径模板构筑的纳米阵列容易倒伏,大孔径模板构筑的纳米阵列的直立性较好。在不同孔径的模板中,通过溶液润湿法在AAO模板中构筑纳米阵列,最终纳米结构均为纳米管,由于聚合物溶液的内聚力小于聚合物溶液与模板的亲和力,故最终纳米结构为纳米管。 （3）探究了掺杂不同比例的LiBQ和单壁碳纳米管对聚合物气敏性能的影响。结果表明,聚苯撑乙炔纳米阵列在波长为365nm、450nm和550nm光照射下,对TT均无响应,主要是因为聚苯撑乙炔中的受激电子与空穴复合较快,导致电子无法与毒品气体反应所致。在聚苯撑乙炔中掺杂不同比例的LiBQ,实现了对DC、MPA、MC、CP、KM和TT几种气体的识别。在聚苯撑乙炔中不同比例的LiBQ后,纳米阵列对TT产生了响应,可能是因为LiBQ在聚苯撑乙炔的导带与价带间进入了“跳板”或者是LiBQ作为“电子导线”导出了受激电子,延长了受激电子的寿命,促使电子与毒品气体反应,最终材料产生了响应。 （4）在聚苯撑乙炔中掺杂不同比例的单壁碳纳米管,实现了对DC、MPA、MC、CP、KM和TT几种气体的识别。在聚苯撑乙炔中不同比例的单壁碳纳米管后,纳米阵列对TT产生了响应,可能是因为单壁碳纳米管在聚苯撑乙炔的导带与价带间进入了“跳板”或者是单壁碳纳米管作为“电子导线”导出了受激电子,延长了受激电子的寿命,促使电子与毒品气体反应,最终材料产生了响应。 （5）作为延伸研究,通过在聚亚苯基乙炔衍生物薄膜中掺杂AuNCs,构建了针对TNT、DNT、RDX、PA、Teryl和TATP六种爆炸物气氛检测的传感器薄膜。由于共聚物配体的大空间位阻效应,AuNCs能均匀分布在聚合物基质中,并保持其原始尺寸而不聚集。传感器薄膜的TATP蒸汽传感特性显著依赖于AuNCs与PPV的比值。当AuNCs与PPV的比例为1:100时,传感器膜的响应最大,达到930nA,是纯PPV膜的19倍。AuNCs的掺杂有效地促进了光生电子空穴与PPV的分离,增加了光电流强度,从而显著提高了光电传感器的检测灵敏度,缩短了它们对TATP的响应时间。此外,单个传感器膜可以将TATP与TNT、DNT、PA、RDX和Teryl等爆炸物区分开来,从而实现了利用单一传感器达到传感器阵列的目的。