识别-富集-分解化学毒剂的固载功能离子液体设计合成

The obvious gap between the state's chemical emergency demand and protective materials, the principles of fluorescence recognition, adsorption enrichment, and catalytic decomposition for chemical warfare agents are integrated based on the functional regulation of ionic liquids. A novel immobilized functional ionic liquid will be prepared by immobilization of alkaline functional ionic liquids on surface of inner pore of nanometal oxides with spherical-shell structures, and then coupling fluorescent quantum dots. The novel immobilized functional ionic liquids can achieve the coupling effects in real-time detection, efficient enrichment, and rapid decomposition for chemical warfare agents. Thus, this study is of great significance to enhance abilities of our country's chemical safety and defense technology.

针对国家化学应急需求与防护材料功能现状的突出矛盾，本课题以离子液体的功能调控为基础，集成荧光识别、吸附富集和催化分解原理，通过碱性功能离子液体固载于球壳结构纳米氧化物内孔表面，荧光量子点偶联在纳米金属氧化物表面的途径，设计合成新型固载功能离子液体。通过在其中构建特异反应微环境，对化学毒剂分子反应方向进行诱导和控制，并显著提升化学毒剂的分解速度和效率，达到对毒剂的实时可视化检测、高效富集和快速分解功能的一体化。这将有效提升我国多功能防护材料的研制和开发水平，对提升我国化学安全防护技术能力具有重要意义。

针对国家化学应急需求与防护材料功能现状的突出矛盾，本研究以提高离子液体与载体界面的相互作用着手，将离子液体，荧光材料和载体材料，通过层层组装和原位合成等手段，在分子水平上实现对于化学毒剂富集-识别-分解功能的耦合，开发出具有自消毒能力和特异识别功能相结合的新型功能材料。1.构建对芥子气及其模拟剂具有快速灵敏检测的ILs/SRB-NB荧光检测体系 1min内对芥子气模拟剂2-CEES的检测限为1.2×10-6 M，对芥子气的灵敏度达0.6×10-6 M，同时还具有良好的抗干扰能力，可用于现场检测芥子气，并利用LC/MS和DFT揭示了反应机理。2.制备的具有核壳结构的固载离子液体Fe3O4/UiO66-NH2/ILs@mSiO2对2-CEES的消毒半衰期仅为1.12min，表现出对2-CEES优异的催化降解性能，并检测主要产物和推测了反应机理；此外该材料还对于神经毒剂模拟剂DMNP表现出较快的分解能力，主要原因在于ILs促进DMNP溶解，同时协同UiO66-NH2将DMNP分解，产生黄色4-硝基苯酚，从而可以实现对于DMNP的富集、分解和检测。3.制备了8种Zr-MOF材料（PCN-222、UiO-66、PCN-222-dehyd、MOF-525、MOF-808等）研究了其对神经毒剂模拟剂DMMP和2-CEES的吸附情况，发现UiO-66、PCN222等对于DMMP的吸附量分别高于7和8mmol/g，对2-CEES的吸附量分别高于3和9mmol/g，可用于表面有毒害物质的快速吸附分离；同时通过表征确定了不同模拟剂在MOF材料上的吸附位点，吸附主要影响因数等。4.利用UiO66-NH2模拟磷酸水解酶，开发出对有机磷农药和神经毒剂模拟剂具有高特异识别的生物传感器，其对于DENP的检测限可达23.8 ng/ml，检测时间仅需8min，并将UiO66-NH2固载在纸张、衣物等表面可有效识别DENP。最后上述材料与离子液体复合制备出固载离子液体复合涂层材料[HMIm]HCO3/PCN-222/PVP等，还能进一步将吸附的毒害物质分解为无害小分子化合物。总之本研究不但揭示离子液体与载体材料之间在分子层级的协同作用/阐明多协同作用分解毒剂的机制，而且还能实现固载离子液体对化学毒剂的吸附富集－实时显示－原位消毒，有力的促进功能离子液体在化学安全防护领域的应用。