金属有机框架化合物对溶剂分子和有机小分子荧光识别与传感研究进展

金属-有机框架(MOFs)化合物由于其特定的孔道/孔洞结构以及在气体吸附/存储与分离、化学传感、光学、磁学以及荧光检测等方面的良好性能及潜在应用而成为当前人们关心和研究的热点。本文聚焦MOFs在溶剂分子和有机小分子荧光识别及传感方面的研究工作,着重介绍该领域近期的研究进展,并对该领域今后的发展进行了展望。     

两个金属有机框架化合物对硝基芳香化合物在气/液相的荧光传感

制备了2个金属有机框架化合物[Cd_2(DDCPB)(DMF)_2(H_2O)]_n(CHD-1)和{[Zn_2(DDCPB)(DMA)_2]·DMA}_n(CHD-2)(H_4DDCPB=1,1′∶3′,1″-三联苯-3,3″,5,5″-四羧酸)。荧光测试表明:2个化合物均能在气/液两相中高效地选择性识别系列硝基芳香化合物(NACs)。溶液中NACs对2个化合物的荧光有较高的淬灭率,其淬灭常数可通过定量实验计算。CHD-1和CHD-2对溶液中的NACs显示出高选择性、优异的灵敏度和低检测限。基于2个化合物的薄膜检测对硝基苯(NB)和2-硝基甲苯(o-MNT)蒸气时也具有高灵敏度。此外,详细讨论了化合物的荧光传感机理。     

一例对二硫化碳具有荧光传感性能的Mg-金属有机框架化合物

通过溶剂热合成了一例Mg-MOF化合物[Mg₄(1,4-NDC)₄(DMA)₂(CH₃OH)₂(H₂O)₂]·DMA·CH₃OH(1,1,4-H₂NDC=1,4-萘二酸,DMA=N,N'-二甲基乙酰胺),并对其结构表征及荧光性能进行了研究。 单晶X射线研究结果表明,化合物结晶于P2₁/c空间群,其晶体学数据为a=2.06090(12) nm, b=2.21014(13) nm, c=1.50385(10) nm, β=111.399(3)°, V=6.3776(7) nm³, Z=4, D_c=1.403 g/cm³, F(000)=2824, R=0.0596, wR=0.1225(I>2σ(I))。 化合物1中,二核的镁作为次级构筑单元通过桥连配体1,4-NDC连接形成沿c轴方向拓展的一维链。 一维链间进一步通过配体连接形成3D框架的化合物。 荧光性能研究表明,化合物1对CS₂具有灵敏的荧光传感性能,在0.4%的体积分数条件下可引起CS₂荧光的完全淬灭。 此外,化合物1的热稳定性也通过热重分析进行了研究,发现其可稳定到140 ℃左右。     

离子型手性金属有机框架材料的构筑及其对Fe3+和硝基化合物的荧光识别

合成了一例具有两重互穿qtz(quartz,石英)拓扑结构的离子型手性金属有机框架材料[CdL_2·2(Me_2NH_2)~+·6H_2O]_n(1),其中L为去质子化的H_2L配体(2-羟基对苯二甲酸)。荧光识别实验表明,配合物1可选择性的检测Fe~(3+)和硝基化合物(其中2,4,6–三硝基苯酚的猝灭常数为1.86×10~4/M,4-硝基甲苯的猝灭常数为8.61×10~3/M,Fe~(3+)的猝灭常数为2.52×10~4/M)。此外,使用密度泛函理论、紫外可见吸收光谱等手段讨论了硝基化合物的传感机制。     

含N和羧酸混合配体构筑的金属有机框架化合物应用研究进展

金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有网格结构的晶态材料。由于其结构的多样性和孔道的可调节性,使其在气体的吸附和分离、离子识别、催化、磁性和生物医学等方面有着较好的应用前景。本文简单介绍了近十年来含N和羧酸混合配体构筑的MOFs化合物在设计合成和性能研究方面取得的进展,以期广大科研工作者能对MOFs材料在合成设计和性能研究方面有比较全面的认识。研究发现,在MOFs化合物的设计合成中使用含氮配体和芳香羧酸的混合配体是一种行之有效的策略,可以得到更多结构多样化和性能优良的MOFs材料。     

荧光金属-有机框架材料在金属离子检测中的研究进展

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为一种新型的多孔材料,具有大的比表面积、可设计的框架结构、开放的金属活性位点以及易于化学修饰等优点,被广泛应用于识别、催化、吸附和分离等各个领域,已成为化学与材料研究领域的热点之一.在荧光传感领域, MOFs可以通过配体、金属中心的调控,以及配体与配体、配体和金属之间发生的能量转移或电荷转移,表现出丰富的荧光发射性能.本文根据荧光响应信号的变化(荧光淬灭型“turn-off”、荧光增强型“turn-on”和比率荧光型“ratiometric”)以及荧光传感的机理(竞争吸收、框架裂解、离子交换和配位作用),介绍了近年来荧光MOFs在金属离子检测领域的研究与应用现状,并进一步讨论了MOFs材料在该领域面临的挑战和发展趋势.     

巯基化合物近红外小分子荧光试剂的研究进展

巯基化合物(RSH)广泛存在于生物体内,在生命活动中起着关键作用。因此,检测其含量变化及动态分布十分必要。近红外(NIR,600nm)荧光由于背景干扰少、组织穿透力强、对生物损伤小等特点日益成为人们关注的焦点,而有机小分子荧光试剂在近红外荧光分析中的应用较多。本文引用文献94篇,按有机小分子的荧光团分类,对2010年以来用于巯基化合物分析的有机小分子荧光试剂进行了综述,并展望了其发展趋势和应用前景。     

金属有机框架-核酸复合材料的构建及其在荧光生物医学传感中的应用

金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类由无机金属节点和有机配体自组装而成的新型多孔材料,因其具有可定制的结构和功能、大的比表面积及多功能化位点等诸多优点,在生物医学、生物传感等领域应用广泛.此外,核酸分子以其特有的分子识别和灵活的可编辑性,近年来在靶标识别、分子检测领域取得了令人瞩目的成就. MOFs与核酸的有机整合能够有效扩展两种单体的功能及应用范围,目前已成为化学及生物医学等领域的研究热点.本文综述了近年来MOFs-核酸复合材料荧光生物传感器的构建及其在生物医学领域中的应用进展.首先介绍了MOFs-核酸复合材料传感器的构建方法;其次,根据MOFs所发挥功能的不同,分别从基于荧光淬灭、发光以及刺激响应三大方面对MOFs-核酸复合材料在荧光生物医学传感中的应用进行了分类概述;最后分析了该研究领域目前面临的挑战,并对其未来发展进行了展望.     

方胺功能化荧光金属-有机框架材料的制备及对组氨酸的识别研究

以方胺功能化配体5,5′-[(3,4-二氧环丁-1-烯-1,2-二基)二(氮烷二基)]二间苯二甲酸(H₄L)和六水合硝酸钴为原料, 在碱性条件下通过水热反应制备了一种方胺功能化的金属-有机框架材料(Co-L). X射线单晶衍射结果显示, 该材料是由一维链通过CH…π和氢键相互作用形成的三维网络结构, 在b轴和c轴方向分别存在窗口直径为0.52和0.63 nm的一维孔道. 荧光测试结果表明, Co-L可在20种天然氨基酸中高选择性地检测组氨酸, 并对其检测机理进行了研究.     

有机小分子电致发光研究进展

有机电致发光具有发光亮度和发光效率高,材料易加工等传统的无机和液晶显示材料无可比拟的优点,并且可以通过改变分子结构或掺杂调谐发光的颜色.本文评述了近年来有机小分子电致发光材料的研究进展,简要介绍了有机电致发光的原理及其广阔的应用前景.     

水分子对金属有机骨架材料结构及性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种新型有机-无机杂化材料,其在气体的吸附分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出诱人的应用前景。但是,在水分子存在的情况下MOFs结构及性能会受到很大的影响,极大的阻碍了其工业化进程。本文系统介绍了水分子对MOFs结构的破坏机理,并从金属和配体两方面总结了在水分子存在的情况下MOFs的稳定性问题;阐述了水分子的吸附机理以及吸附水分子后MOFs性能的变化;并且对水分子影响问题的研究趋势做了展望,以期为今后的研究提供参考。     

水分子对金属有机骨架材料结构及性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一种新型有机-无机杂化材料,其在气体的吸附分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出诱人的应用前景.但是,在水分子存在的情况下MOFs结构及性能会受到很大的影响,极大的阻碍了其工业化进程.本文系统介绍了水分子对MOFs结构的破坏机理,并从金属和配体两方面总结了在水分子存在的情况下MOFs的稳定性问题;阐述了水分子的吸附机理以及吸附水分子后MOFs性能的变化;并且对水分子影响问题的研究趋势做了展望,以期为今后的研究提供参考.     

基于三羧酸构筑的两个金属-有机骨架(MOFs):合成,晶体结构和性

以1,3-二(4'-羧基苯氧基)苯甲酸(H₃L)为配体与金属盐反应,在水热条件下成功合成了2个金属-有机骨架(MOFs),分别为[Cd₂(CH₃COO)(L)(H₂O)₂]_n (1)和[Na(H₂L)]_n (2).由于H₃L配体配位模式的不同,配合物表现出不同的网络结构.单晶结构分析表明,配合物1属于三斜晶系,P1 空间群,配合物2属于单斜晶系,C2/c空间群.配合物1中Cd₂₊离子的次级构筑单元经由L^3-连接形成三维网络结构.配合物2是一个5-连接的拓扑网络结构,其拓扑符号为(4⁶·6⁴).此外,还对配合物1的荧光性能进行了分析.     

基于三羧酸构筑的两个金属-有机骨架(MOFs):合成,晶体结构和性质(英文)

以1,3-二(4′-羧基苯氧基)苯甲酸(H3L)为配体与金属盐反应,在水热条件下成功合成了2个金属-有机骨架(MOFs),分别为[Cd2(CH3COO)(L)(H2O)2]n(1)和[Na(H2L)]n(2)。由于H3L配体配位模式的不同,配合物表现出不同的网络结构。单晶结构分析表明,配合物1属于三斜晶系,P1空间群,配合物2属于单斜晶系,C2/c空间群。配合物1中Cd2+离子的次级构筑单元经由L3-连接形成三维网络结构。配合物2是一个5-连接的拓扑网络结构,其拓扑符号为(46·64)。此外,还对配合物1的荧光性能进行了分析。     

Multi-Responsive Sensor Based on Porous Hydrogen-Bonded Organic Frameworks for Selective Sensing of Ions and Dopamine Molecules

Hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs), as an emerging porous material, have attracted increasing research interest in fluorescence sensing due to their inherent fluorescence emission units with unique physicochemical properties. Herein, based on the organic building block 3,3′,5,5′-tetrakis-(4-carboxyphenyl)-1,1′-biphenyl (H₄TCBP), the porous material HOF-TCBP was successfully synthesized using hydrogen bond self-assembly in a DMF solution. The fluorescence properties of the HOF-TCBP solution showed that when the concentration was high, excimers were easily formed, the PL emission was red-shifted, and the fluorescence intensity became weaker. HOF-TCBP showed good sensitivity and selectivity to metal ions Fe³⁺, Cr³⁺, and anion Cr₂O₇²⁻. In addition, HOF-TCBP can serve as a label-free fluorescent sensor material for the sensitive and selective detection of dopamine (DA). HOF-based DA sensing is actually easy, low-cost, simple to operate, and highly selective for many potential interfering substances, and it has been successfully applied to the detection of DA in biological samples with satisfactory recoveries (101.1–104.9%). To our knowledge, this is the first report of HOF materials for efficient detection of the neurotransmitter dopamine in biological fluids. In short, this work widely broadens the application of HOF materials as fluorescent sensors for the sensing of ions and biological disease markers.     

Solvent Impedes CO2 Cycloaddition on Metal–Organic Frameworks

The catalytic performance of metal–organic frameworks (MOFs) for the synthesis of cyclic carbonate from carbon dioxide and epoxides has been explored under solvent and solvent‐free conditions, respectively. It was found that MOF catalysts have significantly improved catalytic activities in solvent‐free CO₂ cycloaddition reactions than those in solvent. The mechanism was discussed with regard to the competition of solvent with substrate to adhere MOF catalysts during the reaction process.     

二维金属或共价有机骨架材料的制备及其化学与生物传感应用

随着人们对以石墨烯为代表的二维（2D）纳米材料不断深入与扩展研究,近些年来,以2D金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）和共价有机骨架（covalent organic frameworks,COFs）为代表的2D骨架材料引起了人们浓厚的研究兴趣和广泛关注.与其它的中孔或微孔的纳米材料相比,这些有机骨架材料提供了均一的纳米尺寸的孔,并且相较于石墨烯,2D有机骨架材料可以预期性地设计和组装功能化的结构单元,如羧基、氨基、羟基等基团可以通过多样的化学反应人为可控地接枝到骨架上,这些优点有望使2D有机骨架材料成为新一代提高传感界面灵敏度和稳定性的功能材料.本篇综述分别对2D MOFs和COFs进行简单的概述,总结目前以“自下而上”和“自上而下”两种制备2D MOFs和COFs纳米材料的方法并对其做出简单的点评,介绍（2D）MOFs和COFs材料在化学传感和生物传感方面的应用,讨论了2D MOFs和COFs在传感应用中的潜质和关键性问题,并对未来2D MOFs和COFs的应用前景做出了展望.     

Pillar-Layered Metal-Organic Frameworks for Sensing Specific Amino Acid and Photocatalyzing Rhodamine B Degradation

Metal-organic frameworks (MOFs) have presented potential for detection of specific species and catalytic application due to their diverse framework structures and functionalities. In this work, two novel pillar-layered MOFs [Cd₆(DPA)₂(NTB)₄(H₂O)₄]_n·n(DPA·5DMA·H₂O) (1) and [Cu₂(DPA)(OBA)₂]_n·n(2.5DMF·H₂O) (2) [DPA = 2,5-di(pyridin-4-yl)aniline, H₃NTB = 4,4′,4′′-nitrilotribenzoic acid, H₂OBA = 4,4′-oxydibenzoic acid, DMA = N,N-dimethylacetamide, DMF = N,N-dimethylformamide] were successfully synthesized and structurally characterized. Both 1 and 2 have three-dimensional framework structures. The fluorescent property of 1 makes it possible for sensing specific amino acid such as L-glutamic acid (Glu) and L-aspartic acid (Asp). While MOF 2 was found to be suitable for photocatalytic degradation of Rhodamine B (RhB) in the presence of H₂O₂. The results imply that MOFs are versatile and metal centers are important in determining their properties.     

白光型金属有机框架材料的最新研究进展

金属有机框架化合物（MOFs）是一类备受关注的多功能杂化材料,结构的多样性使其表现出各种发光性能。尤其是环境友好、使用寿命长、效率高的白光MOFs材料的出现为新型发光MOFs的设计和制备提供了契机。我们旨在总结白光MOFs的最新研究进展,着重对其合成方法及应用进行综述,主要包括镧系离子共掺杂、镧系元素封装或有机分子捕获等获得可调控的白光MOFs的方法及其在温度、分子和金属离子传感器等领域的潜在应用。同时,针对白光MOFs材料面临的挑战和未来发展也进行了梳理。以期引起设计和构建新型发光MOFs的研究人员的关注与兴趣。