硫化氢（H?S）是一种在生物系统中具有双重作用的气体信号分子，虽然它对心血管调节和视网膜稳态等生理功能至关重要，但高浓度的H?S对人类健康和生态系统构成重大风险[1,2]。世界卫生组织（WHO）建议24小时平均浓度不超过150 μg/m3（约0.11 ppm）以保护公众健康免受其不良影响。在生理水平下，H?S在维持心脏功能、神经保护和其他重要过程中起着关键作用。然而，H?S水平的失调与多种病理状况的发展密切相关，如糖尿病、帕金森病和高血压[[3], [4], [5], [6], [7]]。因此，开发准确且特异的H?S检测技术对于保障食品安全、实现高效的环境监测以及管理相关疾病具有重要意义，这也是当前相关领域研究的重点。
近年来，荧光探针已成为监测生物环境中H?S的常用方法，与传统的紫外-可见光谱、HPLC和MS方法相比具有显著优势[[8], [9], [10]]。尽管这些传统方法能够检测H?S，但它们通常需要复杂的样品预处理步骤，并且不适用于体内应用[[11], [12], [13], [14], [15]]。相比之下，荧光探针因其出色的分析性能（高精度、选择性和灵敏度）以及良好的生物适用性（包括快速响应、低细胞毒性和在活体系统中进行实时高对比度成像的能力）而受到广泛关注[[16], [17], [18]]。此外，基于ESIPT的荧光探针技术在H?S检测及其相关应用方面展现出巨大潜力[[19], [20], [21]]。
最近，孙等人开发了一种结合了ESIPT和PET机制的新型荧光探针[22]。BTP-DNP探针对H?S具有高灵敏度和选择性，适用于监测细胞内H?S水平及评估食品变质过程。该探针在380 nm处有吸收峰。加入H?S后，513 nm处的荧光发射强度逐渐增强，并在28分钟内达到稳定，表明亲核取代反应已完成。BTP-DNP本身的荧光量子产率为0.012。与H?S反应后，产物BTP的量子产率显著提高至0.837。BTP-DNP探针在真实水、啤酒和红酒样品中的检测重复性良好，回收率在98.8%至103.9%之间，相对标准偏差低于2.53%。此外，该探针在广泛的pH范围（1.0–12.0）内保持稳定的荧光信号，并在生理条件（pH 6.0–9.0）下有效响应。同时，它在H?S检测过程中对多种氨基酸的干扰具有高度选择性，并成功应用于活细胞成像和食品变质监测。这些结果共同证明了其高选择性、低细胞毒性和在实际复杂条件下的广泛应用潜力。此外，与其他报道的H?S探针相比，该探针具有更大的斯托克斯位移（133 nm）和更低的检测限（60.8 nM，见表S1）。结构上，该探针以1,3,4-噻二唑作为荧光核心，2,4-二硝基苯（DNP）作为识别基团用于识别H?S。DNP基团不仅抑制了1,3,4-噻二唑核心的ESIPT过程，还通过PET机制引发了BTP-DNP的荧光猝灭。与H?S反应时，DNP基团发生亲核取代反应，这一结构变化恢复了1,3,4-噻二唑核心的ESIPT过程，从而产生绿色荧光（图1）。然而，BTP的发光机制和BTP-DNP的荧光猝灭机制尚未得到详细研究。因此，进行全面的理论研究对于阐明这些基本过程至关重要，从而为BTP-DNP的结构-性质关系和传感行为提供关键见解。
在本研究中，利用DFT[[23], [24], [25]]和TD-DFT[[26], [27], [28]]全面阐明了该探针的荧光猝灭机制。值得注意的是，BTP-DNP中的DNP基团存在较高的结构扭曲，这可能改变了探针的光物理性质。为了进一步研究BTP-DNP和BTP的激发态特性，通过空穴-电子分析[29]和IFCT分析[30]研究了电子转移过程。此外，为了阐明BTP的ESIPT过程，构建了沿质子转移路径的PECs模型，为实验研究中观察到的绿色荧光发射现象提供了直接的理论解释。
