配体全氟化增强磷酸酶模拟UiO-66纳米酶的传感选择性实现Al3+特异性检测与去除

针对纳米酶传感选择性不足的问题，重庆大学团队通过配体全氟化策略改造UiO-66，开发出具有高磷酸酶活性的UiO-66-F4纳米酶。该材料通过Al3+与F/O基团的特异性配位实现选择性响应，建立线性范围2-30 μM、检测限0.27 μM的比色检测方法，同步展现27.04 mg/g的Al3+吸附能力，为重金属监测治理提供新思路。

　　

铝作为地壳中含量最丰富的金属元素，在食品添加剂、包装材料乃至医药领域广泛应用，但其在环境中的持续积累可能引发阿尔茨海默病、骨质疏松等健康风险。传统检测技术如原子光谱法成本高昂，而现有荧光探针多需有机溶剂体系，吸附材料又缺乏检测功能。金属有机框架(MOF)材料因其可设计的孔道结构和催化活性被视为理想解决方案，但如何赋予其特异性识别能力仍是重大挑战。

重庆大学的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表的研究中，创新性地采用配体全氟化策略改造经典UiO-66材料。通过将配体1,4-苯二甲酸(H₂BDC)替换为四氟代衍生物(H₂BDC-F₄)，构建出具有增强磷酸酶活性的UiO-66-F₄纳米酶。研究采用X射线衍射(XRD)和比表面积分析(BET)验证材料结构，通过动力学实验测定催化效率，结合Zeta电位和扫描电镜(SEM)揭示Al³⁺诱导的聚集机制。

材料表征
XRD证实UiO-66-F₄保持UiO-66的晶体结构，但比表面积从1024降至721 m²/g。红外光谱显示C-F键特征峰，X射线光电子能谱(XPS)证实氟成功引入。

催化性能
UiO-66-F₄对显色底物对硝基苯磷酸盐(p-NPP)的水解活性较原始材料提升2.3倍，动力学参数K_m降低表明底物亲和力增强。

选择性机制
Al³⁺通过特异性结合框架中的F原子和羧酸氧原子，引发纳米片聚集导致活性降低。竞争实验显示，即使存在100倍浓度干扰离子(Na⁺、Ca²⁺等)，Al³⁺仍能引起显著响应。

检测与吸附应用
建立的比色法在pH 5.0条件下实现0.27 μM检测限。吸附实验显示最大容量达27.04 mg/g，符合Langmuir模型，吸附过程涉及配位与静电作用。

该研究开创性地通过配体工程赋予MOF纳米酶双重功能：一方面全氟化配体增强催化活性并产生Al³⁺特异性识别位点，另一方面保持MOF的高吸附性能。这种"检测-去除"一体化策略为重金属污染治理提供了新范式，其设计思路可拓展至其他有害金属离子的定向捕获。研究获得重庆市自然科学基金(cstc2021jcyj-msxmX0757)和生命分析化学国家重点实验室(SKLACLS2501)支持。