双发射Ru@UiO-66-NH2复合材料用于磷酸盐和砷酸盐的选择性可视化检测及其环境健康应用

本文创新性地构建了一种双发射金属有机框架复合材料Ru@UiO-66-NH2，通过比率荧光信号与智能手机颜色识别技术，实现了环境水体中磷酸盐（Pi）和砷酸盐[As(V)]的高选择性、可视化检测。该传感器基于配体-金属电荷转移（LMCT）机制，在目标物存在时显现明显的荧光颜色变化（红→粉→蓝），检测限分别达0.8 μM和1.5 μM，为环境安全监测提供了便携式解决方案。

　　

Highlight

Background

环境中过量磷酸盐（Pi）与砷酸盐[As(V)]的存在对生态系统和公共健康构成重大威胁，且二者在检测过程中易相互干扰。尽管部分比率传感器对单一Pi或As(V)具有高灵敏度，但鲜少应用于可视化检测与便携式传感。因此，开发一种便捷的选择性可视化检测Pi与As(V)的策略迫在眉睫。

Results

通过一锅法成功合成双发射锆基金属有机框架（UiO-66-NH₂）封装的三(2,2-联吡啶)钌(II)氯化物六水合物[Ru(bpy)₃²⁺]复合材料（命名为Ru@UiO-66-NH₂），并用于Pi和As(V)的比率荧光检测。在单一295 nm激发下，复合材料呈现435 nm（源自UiO-66-NH₂）和618 nm（源自Ru(bpy)₃²⁺）的双发射峰。加入Pi或As(V)后，因其与Zr-O节点的强亲和力削弱了配体-金属电荷转移（LMCT）过程，导致蓝色荧光增强而红色荧光不变。同时，溶液荧光颜色发生从红到粉最终至蓝的显著变化。借助智能手机，实现了Pi和As(V)的可视化检测，检测限（LOD）分别为0.8 μM和1.5 μM。此外，通过引入适当掩蔽剂（S₂O₃^2?用于As(V)、Ca²⁺用于Pi），可分别特异性检测Pi与As(V)。

Significance

本研究开发的检测方法已成功应用于实际水样中Pi与As(V)的检测。这是Ru@UiO-66-NH₂首次用于Pi与As(V)的可视化检测，拓宽了MOF复合材料在环境安全现场监测中的潜在应用前景。

Conclusions

基于Ru@UiO-66-NH₂的新型传感器通过比率荧光信号与智能手机辅助颜色识别，实现了对Pi和As(V)的选择性检测。加入Pi或As(V)后，因其与UiO-66-NH₂的强亲和力削弱LMCT过程，增强蓝色荧光并保持红色荧光不变，从而触发荧光强度比F₄₃₅/F₆₁₈的变化及明显的颜色转变。