基于席夫碱反应构建的柔性3D共价有机框架用于硝基芳香族化合物荧光传感及碘吸附研究

针对硝基芳香族化合物(NACs)污染和放射性碘核废料处理的难题，研究人员通过席夫碱反应设计合成两种柔性三维共价有机框架(3D COFs)——HTAEA和HTMB。该材料兼具高比表面积(HTMB达1214 m2 g?1)和优异稳定性，对2,4-二硝基苯酚(DNP)的荧光检测灵敏度达3.26×104 L mol?1，碘吸附容量最高达3.51 g g?1，其双重电子转移机制(PET/FRET)为环境污染物监测与核废料处理提供了新策略。

　　

研究背景与意义
硝基芳香族化合物(NACs)作为染料、炸药和药物的关键成分，其环境残留对人类健康构成严重威胁，其中2,4-二硝基苯酚(DNP)和4-硝基苯酚(p-NP)的检测需求尤为迫切。与此同时，核能发展带来的放射性碘污染问题日益突出，¹²⁹I和¹³¹I因其长半衰期和高生物毒性成为环境治理难点。传统检测与吸附材料往往难以兼顾高灵敏度与高容量，而共价有机框架(COFs)因其可设计的孔道结构和电子特性展现出独特优势。

安徽高校研究人员在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表研究，通过拓扑设计将柔性单元引入三维COFs，成功合成HTAEA和HTMB两种材料。该工作创新性地将柔性结构与功能位点整合，实现了NACs的精准识别与碘的高效捕获，为环境污染物治理提供了"检测-吸附"一体化解决方案。

关键技术方法
采用溶剂热法合成柔性3D COFs，通过FT-IR和固态¹³C NMR验证结构，BET测试表征孔道特性(比表面积达1214 m² g^?1)，TGA评估热稳定性。荧光光谱分析揭示DNP检测的PET/FRET双重淬灭机制，碘吸附实验通过质量变化计算容量，结合XPS阐明电子转移形成I₃^?/I₅^?的吸附机理。

研究结果
结构、形态与稳定性
HTAEA和HTMB的FT-IR谱显示1632 cm^?1处C=N特征峰，证实席夫碱反应成功。HTMB的BET比表面积(1214 m² g^?1)优于HTAEA(937 m² g^?1)，TGA显示二者在400°C内保持稳定，SEM显示其三维交织网络结构。

荧光传感性能
HTAEA对DNP的K_sv达3.26×10⁴ L mol^?1，选择性优于HTMB。时间分辨荧光证实激发态电子通过PET转移至DNP的硝基，同时FRET效应增强淬灭效率。

碘吸附特性
HTAEA碘吸附量(3.51 g g^?1)略高于HTMB(3.42 g g^?1)，XPS证实I 3d轨道结合能位移，证明COFs的富电子骨架与I₂形成多碘阴离子复合物。

结论与意义
该研究通过分子工程策略构建的柔性3D COFs，首次实现NACs检测与碘吸附的双重功能协同。HTAEA的优异性能源于其柔性骨架对DNP的构象匹配和丰富的氮吸附位点，而三维孔道加速了碘的扩散动力学。这项工作不仅为环境污染物治理提供新材料，其"结构柔性化-功能协同化"设计理念对多孔材料开发具有普适性指导价值。特别值得注意的是，材料在真实环境样品中的稳定性和抗干扰能力尚未验证，这将是未来研究的重要方向。