研究背景

汞 (Hg) 是毒性最大的重金属污染物之一，无论其以何种形式存在，对生态系统都具有极其严重的危害。相较于汞离子，银离子虽然毒性较低，但生物体中过量的 Ag⁺ 可与多种酶及代谢物作用，导致一系列的健康问题。

与传统的检测方法相比，荧光技术因其操作简单、成本低廉、灵敏度高得到了广泛的研究。其中，根据受体与金属离子之间的化学反应而设计的传感器因其良好的选择性得到了研究者越来越多的关注，探针分子的结构在选择性检测特定金属离子方面起着至关重要的作用。

由于 Hg²⁺ 对硫的高亲和力，许多基于含硫受体和 Hg²⁺ 之间化学反应的传感器被开发出来。然而，研究发现 Ag⁺ 和 Hg²⁺ 两种金属离子与含硫受体有相似的反应活性。银离子的存在往往会导致传感器产生相同的产物和输出信号，因此 Ag⁺ 或 Hg²⁺ 的存在通常会干扰对另一种离子的检测。尽管 Hg²⁺ 比 Ag⁺ 具有相对更强的亲硫反应活性，但设计一种巧妙的探针来区分二者之间的差异是非常困难的。制备一款智能的探针实现不同信号输出、同时选择性检测 Hg²⁺ 和 Ag⁺ 是一个巨大的挑战。

文章简介

近日，黄冈师范学院阮志军带领研究团队精心设计了一种含有两个硫缩酮基团的荧光探针 DTPAS，实现了 Hg²⁺（红色荧光）和 Ag⁺（绿色荧光）的双通道选择性“开启”检测。

Hg²⁺ 和 Ag⁺ 离子的不同信号是由于不同的亲硫效应而导致的，其中前者将 DTPAS 的两个硫缩酮立即转化为羰基（产物 DTPAO），而后者只能转化其中之一（产物 DTPAOS）。利用 ¹H NMR、FTIR 和 MS 等表征充分验证了化学传感器的机理。此外，Hg²⁺ 触发的 ACQ (DTPAS) 到 AIE (DTPAO) 的转变赋予探针在聚集态和固态下，对 Hg²⁺ 离子出色的点亮型检测性能。在聚集态，探针的荧光强度 (f_w = 98%) 显著增强了 486 倍，遇到 Hg²⁺ 后，其荧光由暗变为亮黄色。在固态下，制备的试纸条可以检测水溶液中的 Hg²⁺，LOD 为 1 × 10^-6 M，其他常见金属离子对上述检测过程没有干扰。

通过晶体结构分析和理论计算，详细探索了所涉及分子相反发光性质的起源，即 DTPAO 的 AIE 活性，而其硫醇保护产物的 ACQ 特性，有助于更好地理解 AIE 发光机制。同时，Hg²⁺ 触发的 ACQ (DTPAS) 到 AIE (DTPAO) 转化可以在数秒钟内完成，也为 ACQ 向 AIE 分子的转化提供了一种简单的方法。

本研究不仅为复杂系统中多种分析物的检测提供了一种有效的方法，而且为化学传感器的设计提供了一个满意的平台，即分析物触发的 ACQ-AIE 转变。该成果以“A novel fluorescent chemosensor enables dual-channel selective “turn-on” detection of Hg²⁺ and Ag⁺via distinct thiophilic effects, essential mechanisms, and excellent sensing performance for mercury(II) in aggregated states”(《一种新型荧光化学传感器通过可区分的亲硫效应实现对 Hg²⁺ 和 Ag⁺ 的双通道选择性“开启”检测、详细机理及其聚集态对汞(II)优异的传感性能》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry C 上，并入选为 hot article。

论文信息

A novel fluorescent chemosensor enables dual-channel selective “turn-on” detection of Hg²⁺ and Ag⁺ via distinct thiophilic effects, essential mechanisms, and excellent sensing performance for mercury(II) in aggregated states

Zhijun Ruan* (阮志军，黄冈师范学院), Xinyi Dong, Tao Long,* Shanshan Liu, Yanmei Chen and Junqi Lin*

J. Mater. Chem. C, 2024, 12, 7572-7579

https://doi.org/10.1039/D4TC00785A

部分作者简介

阮志军 教授

黄冈师范学院

本文第一作者兼通讯作者，理学博士，教授，入选省级人才计划，2016 年博士毕业于武汉大学。主要从事有机光电磁功能材料的设计合成与应用研究，围绕聚集诱导发光、荧光磷光分子、光电催化等方面开展工作。以第一作者/通讯作者身份在 Small、Advanced Optical Materials、Journal of Materials Chemistry C 等知名学术期刊上发表 SCI 论文 29 篇，参与撰写英文书籍 1 部，主持国家自然科学基金和湖北省自然科学基金 3 项。

林军奇 副教授

黄冈师范学院

本文通讯作者，理学博士，副教授，入选省级人才计划，2019 年博士毕业于兰州大学。主要从事过渡金属配合物的设计合成、光电催化性能调控、有机光电功能材料应用研究。以第一作者/通讯作者在 Applied Catalysis B: Environmental and Energy, Chemical Communications, Environmental Research 等期刊发表 SCI 论文二十余篇。

期刊介绍

Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是，Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用，Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用，Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。