综述：碳点封装金属有机框架：一种新兴的环境污染物监测光学传感器

这篇综述系统阐述了碳点（CDs）封装金属有机框架（MOF）复合材料（CDs@MOF）作为光学传感器在环境污染物监测中的前沿进展。文章重点探讨了CDs与MOF的协同效应（如高比表面积、可调孔隙率和荧光增强），及其对重金属（Pb2+、Hg2+）、阴离子污染物（Cr2O72?）、农药和有机污染物的高灵敏度、选择性检测机制（如FRET、ACQ），同时拓展了其在pH、温度等环境参数监测中的应用潜力。

　　

碳点封装金属有机框架：环境监测的光学传感器新星

Abstract

近年来，CDs@MOF复合材料因其独特的荧光特性与结构可调性，成为环境污染物监测领域的研究热点。这类材料通过MOF的高孔隙率吸附目标物，结合CDs的稳定荧光信号，实现了对重金属、有机污染物及环境参数的高效检测。

Introduction

环境污染物的多样性（如Pb²⁺、农药、NO_x）对传统检测技术（如HPLC-MS）提出了挑战。CDs@MOF传感器凭借快速响应、低成本等优势脱颖而出。MOF的开放金属位点和CDs的表面官能团（-COOH、-OH）协同增强了分析物结合能力，而CDs的量子限域效应则提升了荧光稳定性。

Approaches for the fabrication of CDs@MOF sensors

合成策略聚焦于调控CDs与MOF的比例（如双发射Eu-MOF@N,S-CDs），通过溶剂热法或原位封装优化能量转移路径。关键挑战在于避免CDs聚集导致的荧光猝灭（ACQ），而MOF的限域作用可有效解决这一问题。

Sensing mechanism

FRET是核心检测机制：当污染物（如Hg²⁺）与CDs@MOF结合时，供体（CDs）与受体（MOF或污染物）间的能量转移引发荧光变化。静态猝灭（SQ）则常见于重金属导致的电子转移过程。

CDs@MOF在污染物监测中的应用

• 重金属：Zr-MOF封装CDs对Hg²⁺的检测限低至0.1 nM，得益于MOF的硫醇修饰增强特异性。
• 阴离子：NH₂-MIL-101(Al)@CDs可识别Cr₂O₇^2?，基于阴离子交换诱导的荧光猝灭。
• 农药：CDs@ZIF-8通过π-π堆积吸附有机磷农药，荧光恢复法实现痕量检测。

环境参数监测

Eu-MOF@CDs通过荧光比率变化实现水分检测（0.1–5% RH），而pH响应型CDs@UiO-66-NH₂在酸性环境中呈现可逆颜色转变。

Challenges and future perspectives

当前瓶颈包括MOF的水稳定性不足及复杂基质干扰。未来方向涉及机器学习辅助传感器设计，以及开发自修复MOF以延长使用寿命。CDs@MOF的模块化设计理念，有望推动其在微流控芯片和可穿戴设备中的集成应用。

作者贡献

第一作者Imtiyaz Ahmad Lone来自印度国立理工学院（NIT Srinagar），专注于纳米材料环境应用研究。团队强调CDs@MOF在实时监测领域的转化潜力，呼吁跨学科合作以突破技术壁垒。