新疆理化所提出功能化鋯基金屬有機(jī)框架實現(xiàn)肼氣氛高靈敏、快速檢測

　　肼具有劇毒性、可燃性和高度的爆炸性，鑒于肼對生命健康和公共安全的巨大威脅，實現(xiàn)其快速、高靈敏、可視化現(xiàn)場檢測具有重要意義。目前，肼的現(xiàn)場檢測存在響應(yīng)速度慢和抗干擾性差等問題。中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所痕量化學(xué)物質(zhì)感知團(tuán)隊針對這些問題提出了一種探針識別位點與肼分子間非共價相互作用的精確調(diào)控策略，成功實現(xiàn)了肼溶液的超快(2-3 s)熒光點亮檢測，該工作發(fā)表于Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 100878。
 

　　金屬有機(jī)框架(MOFs)得益于多樣化的官能團(tuán)、開放金屬位點和光響應(yīng)位點，在光催化、氣體捕獲、能量存儲和熒光傳感等各種領(lǐng)域得到了廣泛的探索。研究發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài)可以在整個MOFs框架內(nèi)產(chǎn)生空間移動，而外來基團(tuán)/金屬的引入也有可能參與這一過程。然而，外來基團(tuán)/金屬對電子/能量轉(zhuǎn)移過程的影響機(jī)制以及由此產(chǎn)生的性能仍需要系統(tǒng)的研究。
 

　　如何將基于光誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移(PET)的工程技術(shù)有效地融入MOFs的設(shè)計和構(gòu)建中，并實現(xiàn)對水合肼的高性能熒光傳感，仍然是一個挑戰(zhàn)性的問題。研究團(tuán)隊提出了通過5-羧基熒光素(Flu)對UiO-66-OH進(jìn)行后修飾得到功能化UiO-66-Flu的制備策略，基于PET機(jī)制實現(xiàn)了對水合肼的高靈敏、快速熒光檢測。具體為：通過Flu對UiO-66-OH表面的功能化修飾，在UiO-66-Flu的電子結(jié)構(gòu)中引入了外部耦合軌道，從而產(chǎn)生PET過程使UiO-66-Flu本征藍(lán)色熒光減弱。UiO-66-Flu檢測肼后產(chǎn)物綠色熒光的可視化識別性能明顯增強，對肼的靈敏度顯著提高。此外，研究發(fā)現(xiàn)UiO-66-Flu中的Zr6O6團(tuán)簇有效降低了肼識別反應(yīng)的勢壘，從而將肼的檢測限(LOD)提高到27.17 nM，響應(yīng)時間縮短到4 s(裸眼)。通過將UiO-66-Flu嵌入具有豐富孔隙的PVDF薄膜中，構(gòu)建了UiO-66-Flu/PVDF薄膜傳感器，在模擬實際應(yīng)用場景中快速檢測氣態(tài)肼方面顯示出誘人潛力。
 

　　該工作開發(fā)了一種基于PET機(jī)制的后修飾功能化UiO-66-Flu，實現(xiàn)了對水合肼的超靈敏、快速、現(xiàn)場檢測，為功能化金屬有機(jī)框架材料在痕量化學(xué)傳感的應(yīng)用開發(fā)提供了新方案。
 

　　相關(guān)研究成果以“Fluorophore Branching Boosted Photo-induced Energy Transfer in UiO-66 for Ultrasensitive and Instant Hydrazine Sensing”為題發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A，新疆醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生羅瑩為第一作者，新疆醫(yī)科大學(xué)姚軍教授、中國科學(xué)院新疆理化所雷達(dá)副研究員和竇新存研究員為通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金、天山創(chuàng)新團(tuán)隊、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展項目和國家市場監(jiān)管重點實驗室(易制爆危險化學(xué)品)等項目資助。
 

　　圖：通過對MOFs后修飾，提出了一種基于光誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移的功能化UiO-66-Flu用于檢測水合肼的設(shè)計策略