第一作者：謝健

通訊作者：胡保衛(wèi) 王殳凹（蘇州大學）

發(fā)表期刊：Inorganic Chemistry

期刊5-Year Impact Factor：4.4

第一單位：紹興文理學院

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

圖片摘要

研究簡介

　　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,。該團隊基于光敏有機配體設計合成了一例具有高耐輻照性和化學穩(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，其顏色在一秒內由淺黃色轉變?yōu)殚偕?，隨著照射時間的延長，顏色逐漸轉變?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理?；谠摬牧蟽?yōu)異的光致變色性質,，作者將SXU-1引入至商用光電設備制作了一種新穎的紫外光劑量計，其具備便攜,、定量以及可在線監(jiān)測等優(yōu)勢,。

引言

　　紫外（UV）光是一種常見的非電離輻射，在涉及光催化,、固化,、光刻、消毒等化工行業(yè)中被廣泛使用,。人體暴露在過量的紫外線中會對皮膚產(chǎn)生有害影響,，可能導致惡性黑色素瘤或皮膚癌。然而,，傳統(tǒng)UV光探測器常常面臨一些不足,，包括復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用,。為了解決這些問題，研究人員開發(fā)了光致變色材料并應用于低成本和高靈敏的UV光檢測,。光致變色材料通常在受紫外光或可見光照射時表現(xiàn)出明顯的顏色變化,。因此，可通過肉眼觀察材料顏色變化大致判斷光照劑量,，實現(xiàn)可視化紫外光監(jiān)測,。然而，這種類型的紫外光檢測策略只能提供半定量的劑量信息,。為了實現(xiàn)紫外光劑量的精準檢測,，作者開創(chuàng)性地將光致變色材料引入至光電設備中,，精準讀取材料顏色的RGB參數(shù)，并與輻照劑量構建相關關系,，最終實現(xiàn)紫外光的在線監(jiān)測,。

圖文導讀

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

　　為了深入研究材料的光致變色機理,，作者對光照前后SXU-1的單晶結構進行解析。如圖a和b所示,，光照后SXU-1的局域結構發(fā)生了明顯的變化：1,、有機配體吡啶環(huán)中的鍵長和鍵角發(fā)生變化；2,、有機配體羧基中的C-O鍵長發(fā)生變化,；3、鈾酰離子中U=O鍵長整體縮短,。為了探究材料結構變化的機理,，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),，光照誘導材料產(chǎn)生了氧自由基和氮自由基。由此可見,，該材料在光照過程中產(chǎn)生了光生自由基,，微觀上影響了材料的局域結構，宏觀上導致了材料的顏色產(chǎn)生明顯變化,。

　　眾所周知,，結構穩(wěn)定性決定了材料是否具有應用前景。在該研究工作中，作者利用粉末X射線衍射技術（PXRD）驗證了在光照和加濕條件下材料的結構穩(wěn)定性,。如圖a和b所示,，紫外光照射12小時或濕度95 %條件下，材料的PXRD圖譜未見明顯的峰位移動和峰強減弱,，說明其具備優(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際應用價值,。

　　為了實現(xiàn)實時精準的紫外光劑量檢測,，作者將材料壓片并置于商用光電設備中制備了一種紫外光劑量計（圖a）,。該設備可直接與電腦相連,，實時讀取光照后材料顏色的RGB參數(shù)（圖b）。將R/G值的相對增加量與紫外光照射劑量建立相關關系,，發(fā)現(xiàn)在不同劑量區(qū)間中可建立五個線性相關關系,，從而實現(xiàn)紫外光劑量的精準檢測。該紫外光劑量計攜帶方便,，操作簡單,，并且讀數(shù)精確，解決了光致變色材料在光劑量檢測領域的應用短板,，為新型光檢測技術提供了一個具有應用前景的新方案,。

作者簡介

第一作者 謝健

　　生命與環(huán)境科學學院教師，博士,，主要從事功能金屬有機框架材料/配位聚合物的開發(fā)及其在環(huán)境領域的應用研究,。主持國家自然科學基金青年項目、浙江省自然科學基金項目各1項,。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)境科學學院教授,，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)表學術論文80余篇,，他引12000次左右,，影響因子為62。擔任Biochar,，Carbon Research等國際學術期刊編委,。

編輯：蘇標標 嚴許媖