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主要作者及研究机构
本研究的作者包括Tiantian Feng、Shilei Zhao、Meng Cao、Xinfeng Du、Hui Wang、Xuewen Cao、Lijuan Feng、Yihui Yuan和Ning Wang。他们来自中国海南大学的“南海海洋资源利用国家重点实验室”和“海洋科学技术协同创新中心”。该研究发表于《Science Bulletin》2025年第70卷，70-77页。
学术背景
铀污染对人类健康和环境安全构成了严重威胁，因此检测环境中的铀污染具有重要意义。铀在环境中主要以铀酰离子（UO₂²⁺）的形式存在，其检测的灵敏性和特异性依赖于化学基团对铀酰离子的特异性识别。尽管已有多种化学和仪器分析方法用于铀检测，但这些方法通常依赖昂贵设备且操作复杂。相比之下，荧光传感器因其低成本、操作简便而成为铀检测的有前景方法。然而，现有荧光传感器在复杂环境中易受干扰离子的影响，因此开发具有高选择性的荧光传感器成为研究重点。本研究旨在设计一种新型荧光传感器，通过引入特异性识别铀酰离子的基团，实现铀酰离子的超灵敏和超选择性检测。
研究流程
1. 材料与传感器合成
研究首先合成了荧光传感器TPE-EDC，该传感器通过1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺（EDC）与1,1,2,2-四(4-羧基苯基)乙烯（TPE-(COOH)₄）反应制备。TPE-EDC具有聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）和分子内电荷转移（Intramolecular Charge Transfer, ICT）特性，使其在水环境中表现出显著的荧光特性。
实验中使用液相色谱-离子阱-飞行时间串联质谱（LCMS-IT-TOF）对TPE-EDC进行鉴定，并通过荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对其性质进行表征。
特异性与吸附能力测试
研究测试了TPE-EDC对22种不同离子的荧光响应，发现其对铀酰离子具有高度选择性。此外，通过吸附实验验证了TPE-EDC对铀酰离子的特异性吸附能力。实验结果显示，TPE-EDC在混合离子溶液中仅吸附铀酰离子，而其他干扰离子几乎不被吸附。
机制研究
通过密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）计算，研究了TPE-EDC与铀酰离子的相互作用机制。结果表明，TPE-EDC中的羰基和亚胺基团是铀酰离子的主要结合位点，其结合能显著高于羧基。此外，分子前沿轨道理论揭示了TPE-EDC与铀酰离子结合后，分子内电荷转移效应减弱，导致荧光猝灭。
实际应用测试
研究进一步评估了TPE-EDC在实际环境中的应用潜力。通过检测海水和模拟核废水中的铀酰离子浓度，验证了TPE-EDC的检测准确性和可靠性。实验结果表明，TPE-EDC对铀酰离子的检测限低至69 pmol/L，响应时间仅为30秒，且在高盐度和复杂离子环境中表现出优异的抗干扰能力。
主要结果
1. TPE-EDC在合成后表现出显著的荧光特性，其激发和发射峰分别位于346 nm和512 nm。
2. TPE-EDC对铀酰离子具有高度选择性，其荧光强度与铀酰离子浓度呈线性关系，检测限为69 pmol/L。
3. DFT计算表明，TPE-EDC中的羰基和亚胺基团是铀酰离子的主要结合位点，其结合能显著高于羧基。
4. 在实际环境测试中，TPE-EDC对海水和模拟核废水中的铀酰离子检测结果与ICP-MS方法一致，验证了其准确性和可靠性。
结论
本研究成功设计并合成了一种新型荧光传感器TPE-EDC，其通过特异性识别铀酰离子实现了超灵敏和超选择性检测。TPE-EDC在复杂环境中表现出优异的抗干扰能力，且检测限低至69 pmol/L，响应时间仅为30秒。这些优异的检测性能使其在环境铀污染预警中具有重要应用价值。
研究亮点
1. TPE-EDC首次将聚集诱导发光（AIE）和分子内电荷转移（ICT）特性结合，用于铀酰离子检测。
2. 通过DFT计算揭示了TPE-EDC与铀酰离子的相互作用机制，为其高选择性提供了理论支持。
3. TPE-EDC在实际环境测试中表现出优异的检测性能，验证了其在复杂环境中的应用潜力。
其他有价值内容
本研究还提供了TPE-EDC的详细合成方法、表征数据以及在实际环境中的应用测试结果，为其他研究者开发类似荧光传感器提供了重要参考。此外，研究中对TPE-EDC与铀酰离子相互作用机制的理论分析，为荧光传感器的设计提供了新的思路。