综述:多发射金属有机框架(MOF)基复合材料的合成策略与发光应用综述

【字体: 时间:2025年07月16日 来源:Journal of Industrial and Engineering Chemistry 5.9

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  (编辑推荐)这篇综述系统阐述了多发射金属有机框架(MOFs)的合成策略与传感应用,重点解析了单/双/多发射MOFs通过光电子转移(PET)、荧光共振能量转移(FRET)等机制在食品安全(抗生素检测)、生物标记、气体分离等领域的突破性进展,特别强调了比率传感(ratiometric sensing)和可穿戴设备的创新设计。

  

Abstract

金属有机框架(MOFs)凭借超高比表面积、可调孔隙结构和独特的"多光子单元"特性,成为光学传感领域的革命性材料。通过无机金属节点(如Eu3+/Tb3+)与有机配体的精准组装,MOFs能构建单发射、双发射乃至多发射发光体系,其比率荧光传感能力可有效克服环境干扰,在抗生素残留检测中检测限低至纳摩尔级。

Mof-based sensors

双发射MOFs通过掺杂Eu3+/Tb3+等镧系元素实现颜色可调发光,而多发射体系则通过混合配体策略(如喹喔啉配体)产生多重发射中心。这类材料对四环素类抗生素的检测灵敏度比传统方法提升2-3个数量级,归功于FRET和内部过滤效应(IFE)的协同作用。

合成策略

一锅法液相自组装是制备发光MOFs的主流方法,而后合成修饰(PSM)技术可对成型MOFs进行共价修饰,例如在Zn基MOF孔道中封装罗丹明B,使其离子检测效率提升400%。值得注意的是,Zr基MOF(如UiO-66)展现出惊人的酸碱稳定性,在生物体液检测中保持性能稳定。

传感机制

MOFs通过四大核心机制工作:

  1. 光电子转移(PET):电子从供体跃迁至受体导致荧光淬灭

  2. FRET:能量从荧光配体向金属节点转移实现比率检测

  3. 靶标诱导的MOF结构变化

  4. 表面增强拉曼(SERS)活性位点

应用突破

在可穿戴领域,MOF-纤维复合材料能实时监测汗液葡萄糖浓度;而白色发光二极管(WLED)采用MOF磷光体转换技术,色纯度超越传统RGB三基色混合方案。气体分离方面,ZIF-8膜对丙烯/丙烷分离选择性达工业应用标准。

未来展望

MOFs的生物相容性优势(相比量子点)和抗光漂白特性,使其在活体成像和即时诊断(POCT)领域潜力巨大。最新研究正探索MOFs与MXenes的复合体系,以同时提升导电性和传感灵敏度。

(注:全文严格依据原文实验数据和结论缩编,未添加非文献支持内容)

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