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中文摘要
为实现电离辐射大范围检测，研发了一种新型荧光传感材料，该材料利用了分子间光诱导电子转移（PET）效应引起的荧光增强现象。本文设计并合成了两种苝二酰亚胺异构体PDI-P和PDI-B，并通过高分辨率傅里叶变换质谱（HRMS）、核磁共振氢谱和碳谱（1H和13C NMR）对其分子结构进行了表征。通过盐酸滴定法模拟了电离辐射与荧光分子的相互作用。结果表明，结合PDIs与HCl可以通过反向光诱导电子转移过程提高荧光强度。尽管化学结构相似，但采用芳香胺作电子供体的PDI-B，其荧光增强倍数远高于采用烷基胺的PDI-P。在电离辐射直接照射实验中，PDI-P和PDI-B的发射增强倍数分别为2.01和45.4。此外，密度泛函理论（DFT）和时变密度泛函理论（TDDFT）计算表明，PDI-P和PDI-B的HOMO和HOMO-1能量范围分别为0.54 eV和1.13 eV。更宽的能量范围对电子具有更强的驱动力，有利于荧光淬火。飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）和瞬态荧光光谱（TFS）测试均表明，PDI-B具有更短的电荷分离寿命和更高的电子转移速率常数。虽然两种同分异构体都可以显著降低光诱导电子转移过程中的检测限（LOD），但具有芳香胺的PDI-B由于其较大的发光增强倍数，其检测范围可达0.118-240 Gy，相比之下提高了三个数量级。这突破了现有研究中报道的伽马辐射检测范围，并为进一步研究电离辐射检测的新型敏感材料提供了理论支持。
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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.dt.2023.11.004
主要结论
总之，本研究设计并合成了PDI-P和PDI-B两种异构体作为电离辐射荧光传感器。盐酸滴定结果表明，PDI-B的荧光增强倍数远高于PDI-P，呈现出更强的视觉效果。通过瞬态光谱、密度泛函理论和时变密度泛函理论计算发现，PDI-B具有更高的电子转移速率（9.45×1010），更短的电荷分离寿命（1.29 ns）和更大的HOMO与HOMO-1能量范围。本文证明了采用芳香胺取代基的PDI-B在光诱导电子转移过程中能够更大程度地实现荧光淬火。最终，通过电离辐射的定量照射，PDI-P和PDI-B的检测限分别为0.245 Gy和0.118 Gy，荧光增强倍数分别约为2.01和45.4。因此，进一步确认了PDI-P和PDI-B均能显著降低检测限，但二者之间的差异较小。最终，PDI-B在0.118-240 Gy的辐射剂量范围内具有更广的响应范围，明显超出所有现有有机或聚合物系统。这种更广的活跃范围可归因于可控的光诱导电子转移效应，使PDI-B在高辐射剂量下获得低检测限和较晚的饱和。本文不仅为分子结构方面的电离辐射荧光传感器选择提供了指导，也满足了军事和航空航天系统中大范围检测的需求。
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编辑：陈微，曹文丽
审核：田丽
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简介
《Defence Technology》是由中国兵工学会主办的科技类综合性学术期刊，目前已被SCI、EI、Scopus、中国科技核心期刊数据库、中国引文数据库核心版和瑞典开放获取指南等多家数据库收录，期刊主要发表基础理论、应用科学和工程技术领域高水平原创性学术论文，包括理论研究、数值模拟和实验研究类文章。
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