点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:用稀土超分子笼 捕捉环境污染物
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

用稀土超分子笼 捕捉环境污染物

来源:科技日报2021-02-25 09:32

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  ◎李宝乐 记者 张景阳

  长期以来,废水、废气的排放一直是诸多环境问题中的焦点,其中有机物小分子、重金属离子及挥发胺等污染物已严重威胁到环境及人身健康,及时检测发现并预防污染物向环境中扩散成为当务之急。

  科技日报记者2月21日从包头市稀土高新区获悉,“稀土超分子传感材料产业技术开发”项目正式实施。该项目将有效推动我国稀土功能材料应用技术研究开发,进一步拓展北方稀土产业链。“基于这样一种目的,我们将研发制备高灵敏和高选择性污染物传感器。”项目工程师、黑龙江大学教授李洪峰告诉记者。

  稀土传感材料存在痛点

  “在现有多种检测污染物的方法中,基于荧光的化学检测方法相比于其他检测方法具有更多优势,比如,操作简单、成本低廉和测试结果可靠等。荧光传感器以其灵敏度高、选择性好等优点已成为传感器领域的主要研究对象之一。但是,寻找到合适的材料构筑实用化的荧光传感器仍然面临诸多挑战。”项目负责人、包头稀土研究院高级工程师李静雅向记者介绍说。

  据李洪峰介绍,稀土离子独特的电子层结构使稀土基配合物具有发射谱带较窄、色纯度高、荧光寿命较长和斯托克斯位移大等优点。这些优点可以有效克服来源于检测体系背景荧光的干扰,提高检测的灵敏度和精确度。但因要同时兼顾材料的渗透性、器件的制造工艺和性能,构筑稀土基传感材料仍面临着技术难题,因此关于稀土基配合物作为污染物检测传感器的开发较少。

  发挥好传感性能,需要材料具有一定的孔隙率。然而,稀土离子较大的配位数往往会导致材料形成致密聚集体。通俗地讲,就是稀土金属有机框架虽然具有多孔和明确的通道,但其通道内的溶剂分子通常会阻碍目标分子进入,并因此导致它们与识别位点的相互作用受到限制;而若去除溶剂分子则会导致框架的崩溃。此外,较差的溶解度也让将材料制成传感器薄膜的成型难度加大。

  对此,李静雅表示:“一方面传感器薄膜要容易成型,另一方面要让污染物自由进出薄膜,与薄膜内化学物质充分作用,并利用荧光强度的变化来定性和定量污染物的种类和含量,这是摆在我们面前的技术难题,很少有研究人员在这方面取得突破。”

  创新材料操作简单结果可靠

  在研发过程中,研发团队的灵感来源于生物酶的超分子结构,其空间的专一选择性和高效的催化性能来自于特定的识别位点和空间的限域效应。

  项目团队前期在实验室以三苯胺衍生物作为面式配体,以稀土铕离子为顶点,构筑了一种具有空穴结构的稀土四面体笼超分子材料(即稀土超分子笼),该稀土超分子材料具有较好的溶解性,可以用旋涂方法制备成薄膜。

  随后,技术人员结合稀土超分子笼的空间选择性、渗透性和稀土离子的特殊光谱特征,研究开发出一类新型稀土超分子材料并将其制成薄膜用于检测有机物小分子、重金属离子及挥发胺。“我们制备的稀土超分子薄膜可以弥补荧光传感不能有效对有机物小分子、重金属离子及挥发胺进行探测的问题。”李静雅说。

  为了进一步检测薄膜的一些化学特性,项目研发团队还就薄膜对各种不同浓度胺/NH3气体的荧光响应及检测限进行了深入研究。

  技术人员将不同浓度的NH3、丙胺、二丙胺、三丙胺、苄胺、苯乙胺、苯胺等气体送入装有稀土超分子薄膜的测试装置中,让稀土超分子薄膜与胺/NH3气体充分作用后,测定荧光强度随胺/NH3浓度变化的曲线。随后又对稀土超分子薄膜的荧光强度增加率与各种胺浓度的关系进行了研究,发现对胺类物质的检测限达到微克级。

  所谓检测限,是指某一分析方法在给定的可靠程度内可以从样品中检测待测物质的最小浓度或最小量,这个微克级的检测限远低于大多数的胺类物质荧光检测器,可谓十分经济环保。

  研发团队通过实验得知,该稀土超分子材料薄膜对胺类物质的响应时间为亚秒级并对胺类物质的测试具有可逆性,这一特征说明稀土超分子材料薄膜具有良好的光稳定性和化学稳定性,其在荧光传感方面具有较强的应用性。

  “本项目将开发出一种新型的稀土超分子传感材料,基于该材料所制得的薄膜可用于检测废水废气中的有机物小分子、重金属离子及挥发胺,能及时预防污染物向环境中扩散,该技术应用操作简单,结果可靠,对提升稀土产品的附加值意义重大。”李静雅说。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 节后开工生产忙

  • 春风送岗促就业

独家策划

推荐阅读
人工智能技术及其应用的跨领域、跨层级、跨主体特征,决定了其安全治理天然具有高度复杂性和协同需求。最后,面对人工智能技术快速迭代、应用场景动态迁移、风险形态持续演化的鲜明特点,制度体系必须具备敏捷响应与动态调适的智慧与弹性。
2026-02-25 09:45
曾经只存在于科幻电影中的“太空采矿”,正逐渐从文艺作品中的构想走进现实。
2026-02-25 09:49
新一轮科技革命的浪潮中,数字化与智能化已成为竞争关键,以开放的姿态推动实体经济与数字技术深度融合,必将推动我国制造业发展更上一层楼。
2026-02-25 09:45
当天,李秋立和4位“战友”——同所研究员胡森、陈意、杨蔚及中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)副研究员周琴,共同获得2025年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。
2026-02-25 09:45
在2月19日发表于《科学》的一篇论文中,研究人员描述了一种疫苗,作为鼻腔喷雾剂,它不仅能让小鼠对新冠病毒、流感病毒免疫,还能抵御所有呼吸道疾病。实验表明,接受4剂鼻腔疫苗的小鼠对新冠病毒和其他冠状病毒,以及引发多种呼吸道感染的细菌都产生了免疫力。
2026-02-25 09:45
在人体免疫系统中,T细胞犹如一支守护健康的“特种部队”,负责执行全身细胞的“安全检查”。该研究揭示,组氨酸能精准定位TCR分子识别癌细胞和启动癌细胞清除程序的“关键按钮”位点。
2026-02-25 09:45
《庄子・人间世》有云,“乘物以游心”——或许正是“驭AI而不役于AI”的最好注解。
2026-02-24 14:01
清晰界定科普的价值定位,探索高效的实现路径,有助于推动科普事业高质量发展。
2026-02-24 13:23
AI技术的竞争早已超越产品层面,上升到创新生态、治理能力与产业话语权的综合博弈。
2026-02-24 10:09
当你惊叹于自动驾驶汽车流畅的避障,或陶醉于无人机集群精准的编队表演时,可能并未察觉,支撑这些智能场景的海量数据正在无数边缘节点间疾速奔流。
2026-02-24 09:16
近日,一支国际科学家团队从西南极洲腹地带回了228米长的远古岩石与沉积物,这是人类迄今从冰盖下获取的最长岩芯。
2026-02-24 09:33
当前AI算力普遍面临“内存墙”问题,即计算时数据的存储与运算分处于不同区域,“隔墙”调用严重制约了AI芯片性能提升。
2026-02-24 09:23
目前,主流锂电池正极材料大多使用钴、镍等无机矿物,这类材料面临资源、成本、安全及柔性不足等多重挑战。相比之下,有机电极材料取材广泛,其分子可灵活设计且自身柔韧,被视为极具潜力的“绿色电池新星”。
2026-02-24 09:21
内质网是生物细胞内的一种网膜系统,可帮助维持细胞的正常功能,具有重要的医学研究价值。
2026-02-24 09:14
春节期间,记者来到异龙湖,听到了当地群众对共建生态文明、共享生态成果的感受。
2026-02-21 12:46
莱州中华武校第十次登上央视春晚舞台
2026-02-17 10:21
近日,一个名为Moltbook的社交平台突然走红。与普通网络平台不同的是,Moltbook上的用户都是AI智能体。
2026-02-14 09:21
全球规模最大的200万吨/年柴油吸附分离装置目前在中国石油广西石化稳定运行。
2026-02-14 09:16
大连理工大学赵珺教授带领师生团队正抓紧时间,为实现可重复使用运载火箭关键部件的“复用检测”技术突破全力冲刺。
2026-02-14 09:12
一场刷新人类对宇宙极端物理过程认知的高能事件,被中国科学卫星清晰捕获并成功解读。
2026-02-14 09:11
加载更多