Detección de nitro-explosivos realizada por arquitectura de pilar de núcleo-vaina

Crear una estructura artificial que supere la sensibilidad, selectividad y velocidad del sistema olfativo de los animales es un desafío.

En un estudio publicado en Revista Nacional de Cienciasinvestigadores del Instituto de Investigación de Fujian sobre la Estructura de la Materia de la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Tecnología de Beijing y la Universidad de Kyoto presentaron un nuevo paradigma de una arquitectura de pilar de núcleo-revestimiento (CSP) con una interfaz sinérgica perfecta que integra de manera efectiva las ventajas de marcos orgánicos metálicos (MOF) y óxidos metálicos (MO) para abordar el desafío mencionado anteriormente.

Los investigadores recubrieron NH₂-MIL-125, material microporoso cristalino con alta afinidad por analitos, en la superficie de TiO₂ nanocables con una arquitectura de pilar de núcleo-vaina (CSP) similar a corndog. NUEVA HAMPSHIRE₂-MIL-125 adsorbe selectivamente y concentra localmente las moléculas objetivo, mientras que TiO₂ proporciona los sitios activos para la reacción de detección y conduce la señal de detección eléctrica.

La cuestión esencial de la CSP (MO, MOF) es cómo crear una interfaz MOF/MO de banda de energía perfecta que pueda generar y separar de manera efectiva los portadores de carga excitados por la luz para producir especies de oxígeno activo.

Los investigadores desarrollaron un método solvotérmico asistido por semillas de dos pasos para fabricar este tipo de arquitectura CSP, NH logró la interfaz MOF/MO activa en luz visible y accesible al analito deseada.₂-MIL-125 acoplado con TiO₂. No solo revelaron la estructura novedosa de CSP TiO₂Nueva Hampshire₂-MIL-125), pero también resolvió un problema científico fundamental en la comunidad de detección. Es la primera vez que el material MOF orientado se puede convertir en material nanoestructurado para realizar microcanales alineados.

Los investigadores aclararon que la orientación es un factor crítico para el material MOF en la aplicación que requiere un transporte rápido de masa y carga. Con la estructura elaboradamente diseñada, CSP TiO₂Nueva Hampshire₂-MIL-125) mostró excelentes parámetros de la arquitectura de detección utilizada para analitos explosivos.

El dispositivo fabricado mostró que el límite de detección alcanzado experimentalmente (~0.8 ppq, hexogeon) es 10³ veces más bajo que el más bajo logrado por el perro rastreador o todas las técnicas de detección sin preconcentración del analito. TiO2 CSP₂Nueva Hampshire₂-MIL-125) logró la detección sin contacto y en tiempo real de hexógeno con una cantidad tan baja como 5 mg y una distancia de hasta 8 m. También exhibió una notable selectividad y estabilidad, y tiempos de respuesta cortos de 0,14 min.

Este estudio combina la comprensión fundamental de un mecanismo de detección con la detección práctica de amenazas químicas. En una perspectiva más amplia, la unión de MO con MOF proporciona un cambio de paradigma en el diseño de materiales de detección excepcionales de alto rendimiento para promover el desarrollo de técnicas de detección de próxima generación.