基于金属有机骨架封装发光材料的荧光纳米传感器的制备及应用.pdf

摘要

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作者：刘佳宜

指导教师：宋大千教授

专业：分析化学

金属有机骨架（Metalorganicframework,MOFs）是一种多孔晶体材料，由有

机配体与金属离子/金属簇组成。MOFs既具有有机材料的柔性，又具有无机材料

的刚性。并且MOFs还具有生物相容性良好、孔径及孔道结构可调、比表面积大

等优点，其在气体吸附、多相催化、能量存储、生物医学成像、药物传递等领域

得到了广泛的应用。此外，由于MOFs结构特殊，能够吸附富集检测目标物，封

装纳米材料，在特定环境中发生解离，目前在化学传感领域也引起了研究者们的

广泛关注。本论文基于金属有机骨架封装发光材料，设计合成了两种荧光纳米传

感器，并将其用于分子、离子的检测。具体工作如下：

第一项工作设计合成了一种双波长发射的荧光传感器CQDs/AuNCs@ZIF-8，

并将其用于磷酸盐的检测。通过自组装，我们将金纳米团簇（Goldnanoclusters,

AuNCs）和碳量子点（Carbonquantumdots,CQDs）封装到沸石咪唑酯骨架-8

（Zeoliticimidazolateframework-8,ZIF-8）中。封装后，由于AuNCs具有聚集诱

导发光特性（Aggregation-inducedemission，AIE），所以AuNCs荧光信号增强，

而CQDs具有聚集诱导猝灭特性（Aggregation-causedquenching，ACQ），其荧光

信号则会减弱。当加入磷酸盐后，由于磷酸盐可以分解ZIF-8，AuNCs和CQDs重

新被释放出来，AuNCs的荧光信号减弱，CQDs的荧光信号恢复。因此，随着磷

酸盐的加入，这两种发光材料在各自发射波长处的荧光强度的比值（F458/F580）发

生变化。通过计算该比值与磷酸盐浓度的关系，实现了磷酸盐的定量检测。这种

荧光传感器的线性检测范围为1-120μmolL-1（相关系数r为0.998），检出限为

0.27μmolL-1。该传感器具有制备简单、分散性良好、响应速度快等优势，已用于

实际水样中磷酸盐的检测。

第二项工作设计合成了一种荧光传感器AuNCs@ZIF-8，并将其用于铁离子

（Fe3+）的检测。MOFs具有高效吸附、聚集检测物的特点，因此我们选择将

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AuNCs封装到ZIF-8中，从而实现目标物的定量检测。封装后，由于AuNCs具有

AIE特性，所以AuNCs@ZIF-8的荧光强度、荧光寿命均明显增强。ZIF-8是一种

多孔材料，加入Fe3+后，Fe3+能够进入ZIF-8内部。AuNCs表面具有大量的氨基和

羧基，氨基中的氮原子、羰基中的氧原子能与Fe3+发生配位反应。这导致AuNCs

的荧光被Fe3+猝灭。随着Fe3+的加入，AuNCs@ZIF-8荧光强度逐渐减弱。通过计

算AuNCs在583nm处荧光强度的变化值，可以实现Fe3+的定量检测。这种荧光

传感器的线性检测范围为1-12μmolL-1（相关系数r为0.997），检出限为0.61μmol

L-1。该传感器同样具有制备简单、分散性良好、响应速度快等优势，已用于实际

水样中Fe3+的检测。

关键词：

沸石咪唑酯骨架-8；金纳米团簇；碳量子点；磷酸盐；铁离子

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