新疆理化所提出功能化鋯基金屬有機(jī)框架實(shí)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(shí)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(diǎn)與肼分子間非共價相互作用的精確調(diào)控策略，成功實(shí)現(xiàn)了肼溶液的超快(2-3 s)熒光點(diǎn)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(diǎn)和光響應(yīng)位點(diǎn)，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(shí)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(shí)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(qiáng)，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(shí)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)實(shí)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