På vej mod sølvklyngesamlede materialer til miljøovervågning

I de senere år har der været en voksende interesse for at bruge sølv nanoclusters (Ag NC'er), sølvpartikler i nanoskala sammensat af ti til hundredvis af atomer på tværs af forskellige områder som materialevidenskab, kemi og biologi. Ag NC'er har typisk størrelser fra 1-3 nm. Forskere har gjort betydelige fremskridt med at skabe og manipulere Ag NC'er, hvilket har ført til udviklingen af ​​sølvklyngesamlede materialer (SCAM'er).

SCAM'er er lysemitterende materialer, der består af mange indbyrdes forbundne Ag NC'er, forbundet med specielle organiske linkermolekyler kaldet "ligander". Det specielle ved dem er deres strukturelle designbarhed på molekylært niveau og unikke fotofysiske egenskaber. Imidlertid har deres udbredte anvendelse været begrænset på grund af deres forskellige strukturelle arkitektur, når de er nedsænket i forskellige opløsningsmidler.

For at løse dette problem har et team af forskere fra Tokyo University of Science (TUS), ledet af professor Yuichi Negishi og inklusive adjunkt Saikat Das, for nylig udviklet to nye (4.6)-forbundne tredimensionelle luminescerende SCAM'er omfattende en Ag ₁₂ klyngekerne forbundet med kvadridentate pyridinlinkere - [Ag₁₂ (S ^t Bu)₆ (CF₃ COO)₆ (TPEPE)₆ ]_n , betegnet som TUS 1 og [Ag₁₂ (S ^t Bu)₆ (CF₃ COO)₆ (TPVPE)₆ ]_n , betegnet som TUS 2.

"Vi har med succes udviklet to sølv-klyngeforbundne arkitekturer med en ny forbindelsesstruktur, som kan anvendes til miljøovervågning og -vurdering," forklarer prof. Negishi. Denne undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Nanoscale .

Forskerne syntetiserede SCAM'erne ved hjælp af den samme lette reaktionsmetode, hvor den eneste forskel var linkermolekylerne. De kombinerede [AgS ^t Bu]_n og CF₃ COOAg i en opløsning af acetonitril og ethanol. Linkermolekylerne TPEPE =1,1,2,2-tetrakis(4-(pyridin-4-ylethynyl)phenyl)ethen og TPVPE =1,1,2,2-tetrakis(4-((E i> )-2-(pyridin-4yl)vinyl)phenyl)ethen blev opløst i separate kemikalier, nemlig henholdsvis tetrahydrofuran og dichlormethan.

Metalopløsningen blev derefter tilsat til linkermolekyleopløsningen og fik lov til at krystallisere i mørke. Efter en dag dannedes der gule krystaller nær krydset mellem de to opløsninger, hvilket betyder oprettelsen af ​​SCAM'erne.

Holdet gennemførte forskellige tests for at undersøge strukturen af ​​SCAM'erne. De fandt, at TUS 1 havde en stangformet struktur, mens TUS 2 havde en blokformet struktur. De testede også materialernes kemiske stabilitet ved at nedsænke dem i forskellige opløsningsmidler og fandt ud af, at deres krystalstruktur forblev uændret, hvilket fremhævede deres exceptionelle stabilitet.

På grund af deres exceptionelle fluorescensegenskaber med et kvanteudbytte på op til 9,7 % og stabilitet i vand, undersøgte holdet desuden potentialet for SCAM'er til at detektere metalioner i vandige opløsninger.

Til deres glæde var begge SCAM'er meget følsomme over for Fe ³⁺ ioner, som effektivt slukkede deres fluorescens ved stuetemperatur, hvilket indikerer tilstedeværelsen af ​​Fe ³⁺ ioner. Detektionsgrænserne for Fe ³⁺ ioner var 0,05 og 0,86 nM L ^–1 for henholdsvis TUS 1 og TUS 2, sammenlignelig med standardværdierne. Desuden var begge SCAM'er meget selektive over for Fe ³⁺ og blev ikke påvirket af andre almindelige metalioner.

Disse resultater tyder på en potentiel anvendelse af SCAM'er i miljøovervågning, især ved detektering af Fe ³⁺ ioner i vand. "Evnen til at sammenkæde sølvklynger via forskellige koblingstilstande kan muliggøre en bottom-up fremstilling af materialer med forskellige fysisk-kemiske egenskaber. Videreudvikling af nanoteknologi kan således give os mulighed for at fremstille materialer og enheder i mindre skala, hvilket forventes at føre til højere funktionaliteter. i materialer og enheder," siger prof. Negishi.

Flere oplysninger: Jin Sakai et al., Syntese og luminescensegenskaber af to sølvklyngesamlede materialer til selektiv Fe ³⁺ sansning, Nanoskala (2023). DOI:10.1039/D3NR01920A

Journaloplysninger: Nanoskala

Leveret af Tokyo University of Science