論文の概要: Double-Layered Silica-Engineered Fluorescent Nanodiamonds for Catalytic Generation and Quantum Sensing of Active Radicals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21934v1
• Date: Fri, 26 Dec 2025 09:17:12 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-29 12:04:14.091285
• Title: Double-Layered Silica-Engineered Fluorescent Nanodiamonds for Catalytic Generation and Quantum Sensing of Active Radicals
• Title（参考訳）: 活性ラジカルの触媒生成と量子センシングのための二層シリカ系蛍光ナノダイヤモンド
• Authors: Jia Su, Zenghao Kong, Fei Kong, Xing Liu, Linyu Zeng, Zhecheng Wang, Zijian Zeng, Jie Liu, Jihu Su, Junhua Yuan, Guosheng Shi, Fazhan Shi,
• Abstract要約: 超短寿命の反応性フリーラジカルの制御生産とリアルタイムモニタリングのための実用的な量子センシングプラットフォームについて報告する。 ラジカル生成は、NV中心のスピン依存的T1緩和測定により、リアルタイムで、そしてその場で監視される。 この研究は、緩和センシングから反応性フリーラジカルの制御合成へのナノダイアモンドの技術的応用を拡張した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.51161946451283
• License:
• Abstract: Fluorescent nanodiamonds (FNDs) hosting nitrogen-vacancy (NV) centers have attracted considerable attention for quantum sensing applications, particularly owing to notable advancements achieved in the field of weak magnetic signal detection in recent years. Here, we report a practical quantum-sensing platform for the controlled production and real-time monitoring of ultra-short-lived reactive free radicals using a double-layered silica modification strategy. An inner dense silica layer preserves the intrinsic properties of NV centers, while an outer porous silica layer facilitates efficient adsorption and stabilization of hydroxyl radicals and their precursor reactants. By doping this mesoporous shell with gadolinium (III) catalysts, we achieve sustained, light-free generation of hydroxyl radicals via catalytic water splitting, eliminating reliance on external precursors. The mechanism underlying this efficient radical generation is discussed in detail. The radical production is monitored in real time and in situ through spin-dependent T1 relaxometry of the NV centers, demonstrating stable and tunable radical fluxes, with concentration tunable across a continuous range from approximately 100 mM to molar levels by adjusting the catalyst condition. This study extends the technical application of nanodiamonds from relaxation sensing to the controlled synthesis of reactive free radicals, thereby providing robust experimental evidence to support the advancement of quantum sensing systems in intelligent manufacturing.
• Abstract（参考訳）: 窒素空孔(NV)中心をホストする蛍光ナノダイアモンド(FND)は、特に近年の弱い磁気信号検出の分野で達成された顕著な進歩により、量子センシングへの応用に大きな注目を集めている。 本稿では,二層シリカ改質戦略を用いた超短寿命反応性フリーラジカルの実用的量子センシングプラットフォームについて報告する。 内側の高密度シリカ層はNV中心の固有の性質を保ち、外側の多孔質シリカ層はヒドロキシルラジカルとその前駆体反応物の効率的な吸着と安定化を促進する。 このメソポーラスシェルをガドリニウム (III) 触媒でドープすることにより, 触媒水分解による水酸化水素ラジカルの持続的無光生成を実現し, 外部前駆体への依存を排除した。 この効率的なラジカル発生の基礎となるメカニズムを詳述する。 ラジカル生成は、NV中心のスピン依存的T1緩和測定によってリアルタイムで観測され、触媒条件を調整することにより、約100mMからモルレベルまでの連続的な範囲で安定かつ調整可能なラジカルフラックスを示す。 本研究は, ナノダイアモンドの工学的応用を, 緩和センシングから反応性フリーラジカルの制御合成まで拡張し, インテリジェント製造における量子センシングシステムの進歩を支援するための堅牢な実験的証拠を提供する。

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