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稀土?xí)l(fā)光!追蹤污染物的精準度堪比電子定位?

可能你們都知道,稀土是17種稀土元素的總稱,也就是——鑭到镥的15個鑭系元素+釔和鈧。那么,你們可是知道發(fā)光是稀土元素的特性之一?有專家表明,在光的激發(fā)下,鋱(Tb3+)會發(fā)出545nm波長的綠光;而銪(Eu3+)則會發(fā)出613nm波長的紅光。所以說,稀土?xí)l(fā)光是有根據(jù)的!可是,稀土用來追蹤或生物體中,或空氣中,或土壤里的物質(zhì),精準度堪比電子定位是怎么一回事?

可能大家也很經(jīng)常在電影尤其是美國大片中看到這么一幕:一國特工在高樓大廈間來回穿梭,看似游刃有余,實則其行動早已經(jīng)落在對手的電子地圖上。他就是地圖上那個快速移動的光點,方位和可能移動方位被屏幕前的他國特工盡收眼底,并一一推測出來。這就是電子定位!有了它,熒幕中的他國特工可以更精準、更快速地打擊并抓獲對手。專家表示,未來,我們也能像影片中追蹤特工一樣,分分鐘就對空氣中,還有土壤里以及生物體中特定的物質(zhì)進行追蹤(檢測)。而稀土,功不可沒。

特工圖片

此時,好奇的你們可能會想問:稀土發(fā)出的“光”是從哪里來的?據(jù)專家介紹,稀土離子可以吸收或發(fā)射從紫外到紅外區(qū)的各種波長的光,然后,以“發(fā)光”的形式釋放能量。而所謂的“發(fā)光寶庫”——稀土發(fā)光材料的發(fā)光機理也是這么個理兒——光致發(fā)光。我們常見的“夜明珠”的發(fā)光原理也是一個樣。這就是所謂的稀土發(fā)光猶如夜明珠。

夜明珠圖片

然而,專家還講到一點,那就是,稀土本身的吸收光能力其實不強,發(fā)光也比較微弱。所以,為了提高它的發(fā)光效率,就需要給它找一個伙伴——有機分子,組合成金屬-有機配合物,比如,明星材料——MOFs。然后,充當(dāng)“能量天線”的有機分子就能夠?qū)⑽盏哪芰總鬟f給稀土,幫助稀土發(fā)出更亮的光。據(jù)悉,該類金屬-有機配合物,有望被用于檢測以及通訊等領(lǐng)域,并將有著和電子定位相媲美的精準度,而利用其發(fā)光特性可以精確、靈敏、實時地檢測重金屬離子和有機小分子。簡而言之,會發(fā)光的MOFs材料,將有望用于精密檢測和傳感。

據(jù)悉,MOFs是一種晶態(tài)多孔結(jié)構(gòu)材料,孔隙率高,也就是充滿著許多微小的孔隙,因而會產(chǎn)生所謂的濃度富集現(xiàn)象,然后,就能富集好多好多的金屬離子。而其,MOFs材料所富集的金屬離子甚至可以超出一般材料的上千倍以上。所以呢?稀土MOFs能靈敏地捕捉環(huán)境中哪怕是極其微小含量的污染物,有望滿足當(dāng)前水質(zhì)檢測的挑戰(zhàn)。

氧化銪圖片

眾所周知,在污染發(fā)生時,不僅需要在第一時間覺察,也需要立馬采取行動。而對于空氣、土壤以及河水、湖水、海水等開放性大環(huán)境,如果沒有實時檢測,不僅可能錯過黃金挽救時機,也可能導(dǎo)致危害擴大,甚至到了不可挽回的地步。因而,此時,就需要一種優(yōu)質(zhì)的傳感或檢測材料!這種傳感或檢測材料需要同時具備三個要素——靈敏度、選擇性和精確度。其中,所謂的選擇性是指該種材料要能“搭載”不同的功能基團,也就是要有足夠多的“抓手”,以滿足檢測不同污染物的要求,實現(xiàn):想抓眉毛就抓眉毛,想抓胡子就抓胡子。筆者看到此,不禁感嘆,厲害了,我的稀土MOFs!對此,外國專家則稱贊我國研究人員發(fā)現(xiàn)的這一檢測方法是“非常巧妙的檢測金屬離子的方法”!

最后,筆者想說,不管處于哪一領(lǐng)域,要想一直不落后并處于學(xué)科前沿,這壓力是有的,還不??!所以,我們都應(yīng)該感謝我國的科學(xué)家們?yōu)榇怂冻龅?!?dāng)然了,也希望未來的科學(xué)家們能夠存有一些看似異想天開的,亦或者看似“無厘頭”想法,演奏出極具本行業(yè)特色的、美妙的、激情的“狂想曲”!

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