第一作者：謝健

通訊作者：胡保衛(wèi) 王殳凹（蘇州大學(xué)）

發(fā)表期刊：Inorganic Chemistry

期刊5-Year Impact Factor：4.4

第一單位：紹興文理學(xué)院

論文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.3c00972

圖片摘要

研究簡(jiǎn)介

　　日前，我校謝健博士在Nature index期刊Inorganic Chemistry上發(fā)表了題為“Photochromic Uranyl-Based Coordination Polymer for Quantitative and On-Site Detection of UV Radiation Dose”的研究論文，胡保衛(wèi)教授為共同通訊作者。該團(tuán)隊(duì)基于光敏有機(jī)配體設(shè)計(jì)合成了一例具有高耐輻照性和化學(xué)穩(wěn)定性的光致變色配位聚合物（SXU-1）。研究發(fā)現(xiàn)，在紫外光照射下（365 nm，2 mW），該材料具有極快的變色效應(yīng)，其顏色在一秒內(nèi)由淺黃色轉(zhuǎn)變?yōu)殚偕S著照射時(shí)間的延長(zhǎng)，顏色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇u紅色。作者利用UV-vis吸收光譜、EPR光譜以及單晶衍射數(shù)據(jù)深入研究了材料的變色機(jī)理。基于該材料優(yōu)異的光致變色性質(zhì)，作者將SXU-1引入至商用光電設(shè)備制作了一種新穎的紫外光劑量計(jì)，其具備便攜、定量以及可在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。

引言

　　紫外（UV）光是一種常見(jiàn)的非電離輻射，在涉及光催化、固化、光刻、消毒等化工行業(yè)中被廣泛使用。人體暴露在過(guò)量的紫外線中會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生有害影響，可能導(dǎo)致惡性黑色素瘤或皮膚癌。然而，傳統(tǒng)UV光探測(cè)器常常面臨一些不足，包括復(fù)雜和高成本的制造程序，需要多次操作和昂貴的儀器才能獲得可讀輸出，這極大地限制了它們大范圍的應(yīng)用。為了解決這些問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了光致變色材料并應(yīng)用于低成本和高靈敏的UV光檢測(cè)。光致變色材料通常在受紫外光或可見(jiàn)光照射時(shí)表現(xiàn)出明顯的顏色變化。因此，可通過(guò)肉眼觀察材料顏色變化大致判斷光照劑量，實(shí)現(xiàn)可視化紫外光監(jiān)測(cè)。然而，這種類型的紫外光檢測(cè)策略只能提供半定量的劑量信息。為了實(shí)現(xiàn)紫外光劑量的精準(zhǔn)檢測(cè)，作者開(kāi)創(chuàng)性地將光致變色材料引入至光電設(shè)備中，精準(zhǔn)讀取材料顏色的RGB參數(shù)，并與輻照劑量構(gòu)建相關(guān)關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)紫外光的在線監(jiān)測(cè)。

圖文導(dǎo)讀

　　利用單晶X射線衍射技術(shù)對(duì)SXU-1晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)其整體呈一維鏈狀結(jié)構(gòu)（圖b）。一個(gè)不對(duì)稱單元中含有一個(gè)鈾酰離子，一個(gè)有機(jī)配體和兩個(gè)DMF分子。其中，相鄰的兩個(gè)有機(jī)配體相互平行，距離約為3.592 ?，說(shuō)明二者之間具有明顯的π-π相互作用，從而穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)（圖c，d）。利用固態(tài)光譜儀測(cè)試了紫外光照射過(guò)程中材料的UV-vis吸收光譜的變化，發(fā)現(xiàn)隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，200-400 nm處的吸收峰強(qiáng)度降低，400-550 nm處的吸收峰強(qiáng)度增強(qiáng)（圖e）。

　　為了深入研究材料的光致變色機(jī)理，作者對(duì)光照前后SXU-1的單晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。如圖a和b所示，光照后SXU-1的局域結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化：1、有機(jī)配體吡啶環(huán)中的鍵長(zhǎng)和鍵角發(fā)生變化；2、有機(jī)配體羧基中的C-O鍵長(zhǎng)發(fā)生變化；3、鈾酰離子中U=O鍵長(zhǎng)整體縮短。為了探究材料結(jié)構(gòu)變化的機(jī)理，作者還采集了光照前后材料和配體的EPR光譜和UV-vis光譜（圖c，d）。研究發(fā)現(xiàn)，光照誘導(dǎo)材料產(chǎn)生了氧自由基和氮自由基。由此可見(jiàn)，該材料在光照過(guò)程中產(chǎn)生了光生自由基，微觀上影響了材料的局域結(jié)構(gòu)，宏觀上導(dǎo)致了材料的顏色產(chǎn)生明顯變化。

　　眾所周知，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性決定了材料是否具有應(yīng)用前景。在該研究工作中，作者利用粉末X射線衍射技術(shù)（PXRD）驗(yàn)證了在光照和加濕條件下材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如圖a和b所示，紫外光照射12小時(shí)或濕度95 %條件下，材料的PXRD圖譜未見(jiàn)明顯的峰位移動(dòng)和峰強(qiáng)減弱，說(shuō)明其具備優(yōu)異的光照穩(wěn)定性和抗?jié)穸确€(wěn)定性。因此，該材料具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的紫外光劑量檢測(cè)，作者將材料壓片并置于商用光電設(shè)備中制備了一種紫外光劑量計(jì)（圖a）。該設(shè)備可直接與電腦相連，實(shí)時(shí)讀取光照后材料顏色的RGB參數(shù)（圖b）。將R/G值的相對(duì)增加量與紫外光照射劑量建立相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在不同劑量區(qū)間中可建立五個(gè)線性相關(guān)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)紫外光劑量的精準(zhǔn)檢測(cè)。該紫外光劑量計(jì)攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，并且讀數(shù)精確，解決了光致變色材料在光劑量檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用短板，為新型光檢測(cè)技術(shù)提供了一個(gè)具有應(yīng)用前景的新方案。

作者簡(jiǎn)介

第一作者 謝健

　　生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教師，博士，主要從事功能金屬有機(jī)框架材料/配位聚合物的開(kāi)發(fā)及其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目各1項(xiàng)。研究成果以第一作者在Nature Communication，Angewandte Chemie International Edition, Inorganic Chemistry, Chemical Communication等期刊上發(fā)表。

通訊作者 胡保衛(wèi)

　　生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授，主要從事非常規(guī)鈾資源提取與資源化利用等研究。以第一作者或通訊作者在Environmental Science & Technology, Applied Catalysis B-environmental，Inorganic Chemistry等SCI期刊（中科院Ⅰ區(qū)）上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，他引12000次左右，影響因子為62。擔(dān)任Biochar，Carbon Research等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊編委。

編輯：蘇標(biāo)標(biāo) 嚴(yán)許媖