C^N型铱荧光探针检测硝基芳烃及密度泛函理论研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.01.003

摘要/Abstract

摘要：

铱(Ⅲ)配合物因具有斯托克斯位移大、量子产率高、发光寿命长、发射光谱灵活可调及优异的光热稳定性等优点，在分析物发光检测领域具有广阔的应用前景。在2?苯基吡啶上引入三苯胺取代基制备了新型铱(Ⅲ)配合物Ir(ppyTPA)₃，并表征了Ir(ppyTPA)₃的结构、发光及电化学性质，利用Ir(ppyTPA)₃的发光性质实现了对5种常见硝基芳烃的检测，同时研究了检测机理。结果表明，Ir(ppyTPA)₃对3?硝基苯甲酸具有最高的检测效率，检测效率常数K_SV为19.78 L/mmol，检测限低至2.89×10^-3 mol/L。光谱分析及密度泛函理论计算结果表明，Ir(ppyTPA)₃对5种硝基芳烃的检测机理为电荷转移机理。

关键词: 铱, 发光, 硝基芳烃, 密度泛函理论, 检测机理

Abstract:

Iridium (III) complexes have broad application prospects in luminescence detection of analyte due to advantages of large Stokes shift, high quantum yields, long luminescence lifetimes, flexible and adjustable emission spectra, and excellent optical and thermal stability. The novel iridium(III) complex Ir(ppyTPA)₃ was prepared by introducing triphenylamine substituent on 2?phenylpyridine, and the structure, luminescence and electrochemical properties of Ir(ppyTPA)₃ were characterized in detail. Then, the luminescence properties of Ir(ppyTPA)₃ were used to detect five common nitroaromatics and the detection mechanism was studied. The results show that Ir(ppyTPA)₃ has the highest detection efficiency to 3?nitrobenzoic acid with the detection efficiency constant K_SV of 19.78 L/mmol. And the detection limit is as low as 2.89×10^-3 mol/L. Spectral analysis and density functional theory calculations show that the detection mechanism of Ir(ppyTPA)₃ for the five nitroarenes was the charge transfer mechanism.

Key words: Iridium, Luminescence, Nitroaromatics, Density functional theory, Detection mechanism

中图分类号:

TQ61

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图/表 13

图1 2?(3?溴苯基)吡啶及有机配体ppyTPA的结构

图2 铱(Ⅲ)配合物Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的结构

图3 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的吸收光谱

图4 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的发射光谱

图5 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的色坐标

图6 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的发光衰减曲线

图7 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的循环伏安曲线

图8 Ir(ppy)3及Ir(ppyTPA)3的前线轨道能级及电子密度分布

图9 Ir(ppyTPA)3检测硝基芳烃的发光猝灭曲线

图10 Ir(ppyTPA)3检测硝基芳烃的S?V曲线

表1 Ir(ppyTPA)3检测硝基芳烃的拟合参数

硝基芳烃	K_SV/ (L·mmol^-1)	标准差	R²
3⁃硝基苯甲酸	19.78	0.010	0.999
3⁃硝基苯甲醇	2.54	0.002	0.996
3⁃硝基三氟甲苯	2.96	0.009	0.996
4⁃溴⁃1⁃氟⁃2⁃硝基苯	3.05	0.010	0.999
5⁃氯⁃2⁃硝基三氟甲苯	2.92	0.030	0.998

图11 Ir(ppyTPA)3及硝基芳烃的前线轨道电子密度等值面及能级

图12 Ir(ppyTPA)3的发射光谱及5种硝基芳烃的吸收光谱

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