2023年CAIA獎一等獎：基于微納材料光化學傳感體系的構建及應用
完成單位：西華師范大學化學化工學院、南開大學化學學院、內江師范學院化學化工學院
完成人：楊秀培，趙斌，霍峰，王亞，唐鳳琳，侯勝利，張倩，陳連芳，劉宇航，張藝
成果簡介：光化學檢測具有靈敏度高、檢測速度快、操作簡單及價格低廉等優點，但基于樣品基質的干擾，如何開發高選擇性、高靈敏度的光化學傳感器仍具巨大挑戰。本成果通過設計可控合成了高酶活性的單原子納米酶、碳量子點、金屬團簇及金屬有機框架等微納材料，構建了系列高選擇、高靈敏的比色或熒光傳感體系，為環境痕量污染物和食品質量安全檢測提供了新策略和新途徑。
創新點及科學價值：（1）提出了B摻雜Zn-N-C（ZnBNC）單原子納米酶的設計及可控合成策略，證實原子分散的ZnN4-B2結構組成及B的引入明顯改善材料的親水性和缺陷，構建了一種可用于高靈敏、高選擇性檢測對苯二胺（PPD）的比色分析方法。以葉酸為模板劑，采用水熱高溫裂解制備了具有層狀堆積的Fe/Cu雙活性中心單原子納米酶，通過提高金屬原子的負載量，增加其缺陷程度，提高其類酶催化活性，建立了高靈敏度、高選擇性、寬線性范圍和低檢出限的S2?比色傳感平臺，為環境中S2-的檢測評估提供了一種替代檢測方法。（2）提出了一種離散的中性團簇Hf13(μ4-O)8(OCH3)36，它在各種有機溶劑、濃強酸及濃強堿下都具有非凡的化學穩定性和晶態，該發光簇合物可同時用于濃堿和強酸的高選擇性和重復檢測，為設計具有優異熱穩定性和耐酸堿性能的新型團簇材料提供了新的途徑。（3）采用雜原子化學摻雜法制備了N,Cl共摻雜的熒光碳點(N,Cl-FCDs)，與純碳點相比，其熒光性質和表面物理化學性質都有了顯著的改善，熒光量子產率高達60.52%。基于熒光共振能量轉移(FRET)，N,Cl-FCDS有望用于食品中檸檬黃的熒光檢測。采用精細控制的方法制備了超亮全色碳點(UBFCCDs)，表現出多激發多發射(從藍到紅)的超亮效應，并在660 nm的激發波長下表現出獨特的上轉換發光特性，其量子產率可達78.0%，可用于體內外多色生物醫學成像和金屬離子傳感。（4）合成了兩種新型陰離子In-MOF（V101和V102），通過改變溶劑從DMF到DEF，完成了從二重互穿到非互穿的結構轉變，通過互穿控制，探針V102可通過發光打開或關閉來檢測環境中痕量抗生素呋喃西林。此外，還合成了系列過渡金屬或鑭系金屬的新型MOFs，構建了多種基于熒光猝滅或增強的用于小分子檢測的熒光傳感體系，為開發高靈敏、高選擇性快速檢測方法奠定了理論和實踐基礎。
社會經濟效益：本項目共發表論文54篇，累計引用2057次，授權國家發明專利5項。培養博士和碩士研究生30多人。基于該研究成果，第一完成單位化學、工程和材料學科先后進入ESI世界前1%，化學學科進入國家“雙一流”建設專業和軟科世界一流學科前500強。
應用前景：本成果提出的系列基于微納材料光化學傳感體系用于金屬離子、食品添加劑、新型污染物等的檢測，具有選擇性好、靈敏度高、檢測響應速度快、操作方便等優點，可適合于環境、食品和生物樣品等的快速分析，應用前景良好。
