综述：水稳定发光金属有机框架：水环境中的传感应用

这篇综述系统阐述了水稳定发光金属有机框架（LMOFs）的设计策略与传感应用。基于皮尔逊硬软酸碱（HSAB）原则和疏水表面构建，LMOFs在离子、毒素及生物分子检测中展现出高灵敏度与选择性，为环境监测和生物医学领域提供了创新解决方案。

　　

引言

金属有机框架（MOFs）凭借可调控的孔道结构和丰富的活性位点，在化学分离、气体吸附和光学传感等领域大放异彩。然而，配体-金属键的水不稳定性限制了其实际应用。水稳定发光MOFs（LMOFs）通过独特的信号转导机制，在水环境和生物体系中实现了高精度检测，成为传感领域的新宠。

水稳定LMOFs的构建基础

结构稳定性设计：基于皮尔逊硬软酸碱理论（HSAB），采用高电荷金属离子（如Zr⁴⁺、Cr³⁺）与刚性配体可增强框架水解稳定性。例如，UiO-66系列通过Zr₆簇与对苯二甲酸配体的强配位键，在pH 2-12范围内保持结构完整。

疏水屏障策略：氟化修饰或长链烷基嫁接能有效阻隔水分子渗透。MIL-101(Cr)经全氟辛酸改性后，接触角达145°，水吸附量降低90%。

发光机制调控：配体中心发光（LC）、金属中心发光（MC）及电荷转移（CT）是LMOFs的三大发光路径。通过掺杂镧系元素（如Eu³⁺/Tb³⁺）或量子点（QDs），可拓展发光波长范围并增强信号特异性。

化学传感应用

环境污染物检测：

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  重金属离子：LMOF-76(Eu)对Hg²⁺的检测限低至0.1 nM，源于Hg²⁺与羧酸氧原子的强配位导致荧光猝灭。

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  有机毒素：NH₂-MIL-125(Ti)通过光诱导电子转移（PET）机制，对2,4-二硝基苯酚的响应时间仅30秒。

生物医学传感：

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  葡萄糖检测：ZIF-8包裹葡萄糖氧化酶（GOx），通过H₂O₂介导的荧光恢复实现实时监测，灵敏度达5 μM。

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  肿瘤标志物识别：PCN-224卟啉框架与核酸适体耦合，可特异性捕获循环肿瘤细胞（CTCs），捕获效率超85%。

结论与展望

机器学习（ML）辅助的构效关系预测将加速新型LMOFs开发。未来研究需聚焦于复杂生物流体的抗干扰能力提升，以及规模化生产中的成本控制。水稳定LMOFs作为“智能传感平台”，在精准医疗和环境治理中潜力无限。