荧光亚胺共价有机框架"关-闭"型传感器实现高灵敏度钴离子(Co2+)检测

研究人员针对环境水体中钴离子(Co2+)检测存在的灵敏度低、选择性差等问题，设计开发了基于TFBD-PTETA-COF的荧光"关-闭"型传感器。该亚胺共价有机框架(COF)通过Schiff base缩合构建，利用-C=N-与Co2+配位导致荧光猝灭的机制，实现了8.5×10?13 M的超高检测灵敏度，为环境监测提供了新型解决方案。

　　

随着工业发展，钴离子(Co²⁺)在电池制造、金属加工等领域的广泛应用导致环境残留问题日益严重。这种重金属离子在极低浓度下即可通过生物累积作用威胁水生生态系统，人体过量摄入更会引发心脏衰竭、甲状腺损伤等疾病。虽然现行标准规定灌溉水和饮用水中的Co²⁺限值分别为0.05和1.0 mg·mL^-1，但传统检测方法如原子吸收光谱、质谱等存在设备昂贵、操作复杂等缺陷，难以满足快速现场监测需求。

针对这一技术瓶颈，来自中国的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表创新成果。他们巧妙利用共价有机框架(COF)材料的结构可设计性，通过3,3′,5,5’-四(4-甲酰基苯基)联苯-4,4′-二醇(TFBD)与4,4′,4″,4″′-(芘-1,3,6,8-四基四(乙炔-2,1-二基))四苯胺(PTETA)的Schiff base缩合反应，构建了具有π-共轭体系的亚胺连接COF(TFBD-PTETA-COF)。该材料兼具高结晶度（PXRD显示5.84°的(110)晶面衍射峰）和荧光特性，其骨架中的亚胺氮(-C=N-)和羟基(-OH)可作为路易斯碱与Co²⁺特异性配位，通过电子转移机制实现荧光猝灭检测。

研究采用溶剂热合成、粉末X射线衍射(PXRD)和荧光光谱等关键技术，系统评价了材料的传感性能。值得注意的是，在邻二氯苯/均三甲苯(3:1)溶剂体系中制备的COF展现出AA堆积模式，其二维层状结构通过π-π相互作用（25.9°衍射峰）维持稳定。传感实验表明，该探针对Co²⁺具有超高选择性，在多种干扰离子(Ca²⁺、Mg²⁺等)共存条件下仍能保持稳定响应，荧光颜色从黄色变为无色，检测限达8.5×10^?13 M，较现有技术提升数个数量级。

材料与试剂
研究选用高纯度TFBD和PTETA作为构筑单元，通过优化溶剂比例和反应条件，成功获得结晶性良好的COF材料。TFBD-PTETA-COF的制备与表征部分证实，材料具有预期的亚胺连接结构和荧光特性，其氮氧活性位点为Co²⁺识别提供了理想配位环境。结论部分强调，这种"关-闭"型传感机制不仅解决了复杂基质中Co²⁺检测的选择性难题，其合成策略更为设计其他重金属离子探针提供了新思路。

该研究由Fan Yang、Siqing Liu等学者合作完成，通讯作者Panjie Li和Xiaojun Luo指出，这项工作首次实现了COF材料对Co²⁺的特异性检测，其创新性体现在三个方面：一是将亚胺键的配位功能与COF的框架稳定性完美结合；二是通过分子设计实现了超灵敏检测；三是为环境监测提供了便携式解决方案。研究成果获得国家重点研发计划(2023YFB3812400)和四川省自然科学基金(2023NSFSC1093)支持，为发展新一代环境监测技术奠定了材料基础。