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研究作者与机构
本研究由Wen Jun、Huang Zeng、Hua Sheng、Li Shuo、Li Weiyi和Wang Xiaolin共同完成。研究团队分别来自中国工程物理研究院核物理与化学研究所、重庆理工大学化学工程学院以及西华大学理学院。研究论文发表于《Journal of Hazardous Materials》期刊，发表日期为2016年10月。
学术背景
铀（Uranium）是一种具有天然放射性的锕系金属，其最常见的离子形式为铀酰离子（UO₂²⁺）。铀酰离子易溶于水，能够迁移到环境中，因此广泛分布于自然界中。铀不仅是核能发电的重要燃料，还被用于核武器制造。然而，铀的放射性和化学毒性对人类健康构成严重威胁，长期暴露可能导致肺癌、泌尿系统疾病和遗传性疾病。因此，开发高选择性、高灵敏度的铀酰离子检测方法具有重要意义。
目前，检测铀和铀酰离子的方法包括核技术、光谱技术、电化学法和离子色谱法等。然而，这些方法通常需要昂贵的设备、高昂的操作成本以及严格的实验条件控制。相比之下，荧光检测法具有简单、快速、高选择性和低成本的优势，但在铀离子分析中的应用仍较少。本研究旨在开发一种基于聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）现象的新型荧光传感器，用于高选择性和高灵敏度地检测铀酰离子。
研究流程
1. 传感器设计与合成
研究团队设计并合成了一种基于四苯基乙烯（Tetraphenylethene, TPE）的新型荧光传感器TPE-T。TPE是一种典型的AIE活性化合物，通过在其核心上修饰2-(4,5-二氢噻唑-2-基)苯酚（2-(4,5-dihydrothiazol-2-yl)phenol），使其能够特异性识别铀酰离子。
合成过程包括以下步骤：
- 合成中间体化合物2：在氮气保护下，将1（200 mg）、4-溴-2-羟基苯甲腈（129.6 mg）、Pd(PPh₃)₄（100 mg）和K₂CO₃（600 mg）溶于1,4-二氧六环（10 mL）中，在85°C油浴中搅拌10小时，反应后冷却至室温，用水淬灭反应，用二氯甲烷萃取，干燥后通过柱层析纯化得到黄色固体。
- 合成TPE-T：将化合物2（150 mg）、2-氨基乙硫醇（645.6 mg）和1,3-二溴-5,5-二甲基咪唑烷-2,4-二酮（DBDMH, 20 mg）溶于乙醇（15 mL）中，在110°C油浴中搅拌0.5小时，反应后冷却至室温，用水淬灭反应，用二氯甲烷萃取，干燥后通过柱层析纯化，最终得到黄色固体TPE-T，产率为86%。
AIE特性研究
研究团队首先研究了TPE-T的AIE特性。将TPE-T溶于四氢呋喃（THF）中，通过加入不同比例的水（fw = 0%-99%）测试其荧光特性。结果显示，当水比例增加至70%时，TPE-T的荧光逐渐增强；当水比例达到95%时，荧光强度达到最大值，发射波长为494 nm。通过动态光散射（DLS）和扫描电子显微镜（SEM）观察，证实TPE-T在高水比例下形成了纳米颗粒，表现出典型的AIE现象。
pH对荧光的影响
研究团队还研究了pH对TPE-T荧光的影响。结果显示，在pH 3-10范围内，TPE-T能够保持稳定的荧光发射；而在pH < 3时，荧光强度显著降低，这是由于二氢噻唑单元在酸性条件下质子化，导致TPE-T溶解度增加，AIE现象减弱。
金属离子检测
研究团队测试了TPE-T对多种金属离子的响应。结果显示，TPE-T对铀酰离子表现出极高的选择性，其荧光在铀酰离子存在下几乎完全淬灭（淬灭效率为96%）。其他金属离子（如过渡金属、镧系金属和钍离子）对TPE-T的荧光影响较小。通过荧光光谱和紫外光谱分析，证实TPE-T与铀酰离子形成了2:1的配合物。
实际应用测试
研究团队将TPE-T应用于河水样品中铀酰离子的检测。结果显示，TPE-T能够准确测定河水中的铀酰离子浓度，平均误差为±5%，表明其在环境监测中具有潜在应用价值。
主要结果
1. AIE特性：TPE-T在高水比例下表现出显著的AIE现象，荧光强度随水比例增加而增强，最大发射波长为494 nm。
2. pH影响：TPE-T在pH 3-10范围内保持稳定的荧光发射，适用于多种环境条件下的检测。
3. 金属离子选择性：TPE-T对铀酰离子表现出极高的选择性，荧光淬灭效率达96%，其他金属离子对其影响较小。
4. 实际应用：TPE-T能够准确测定河水中的铀酰离子浓度，显示出其在环境监测中的潜力。
结论
本研究成功开发了一种基于AIE现象的新型荧光传感器TPE-T，用于高选择性和高灵敏度地检测铀酰离子。TPE-T具有宽pH适用范围、高选择性和良好的抗干扰能力，能够通过肉眼直接观察荧光变化实现铀酰离子的可视化检测。此外，TPE-T在河水样品中的成功应用表明其在环境监测领域具有重要价值。
研究亮点
1. 新型传感器设计：TPE-T是首款基于AIE现象的铀酰离子荧光传感器，具有高选择性和高灵敏度。
2. 宽pH适用范围：TPE-T在pH 3-10范围内保持稳定的荧光发射，适用于多种环境条件。
3. 实际应用价值：TPE-T能够准确测定河水中的铀酰离子浓度，为环境监测提供了新工具。
其他有价值内容
研究团队通过密度泛函理论（DFT）计算了TPE-T与铀酰离子的配合物结构，证实了2:1的配位模式。此外，通过动态光散射和电子显微镜观察，进一步验证了TPE-T的AIE现象及其与铀酰离子的相互作用机制。
以上是基于文档内容生成的学术报告，详细介绍了研究的背景、流程、结果、结论及其科学价值。