综述:新兴荧光超分子金属-有机笼:结构化学与荧光传感应用

【字体: 时间:2025年09月27日 来源:Coordination Chemistry Reviews 23.5

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  本综述系统评述了基于荧光配体(如TPE、BODIPY、TPA等)的超分子金属-有机笼(MOCs)的结构化学及其荧光传感应用,深入探讨了结构特性与光物理行为之间的构效关系,并强调了金属中心在发光行为中的调控作用。文章重点分析了荧光MOCs在阴离子检测、有机污染物识别及生物活性物质传感领域的优势,为设计高性能荧光传感材料提供了新视角。

  
结构化学与荧光特性的协同调控
超分子金属-有机笼(MOCs)是一类通过配位驱动自组装构建的三维离散结构,其结构可设计性与多功能性在荧光传感领域展现出巨大潜力。荧光MOCs的发光行为主要受配体选择、金属中心调控及阴离子介导三种机制协同影响。刚性荧光配体(如四苯乙烯(TPE)、硼二吡咯亚甲基(BODIPY)、三苯胺(TPA)等)因其共轭体系扩展和构型稳定性,能够有效抑制非辐射跃迁,增强发光效率。金属节点不仅提供结构导向作用,还可通过金属-配体电荷转移(MLCT)或天线效应参与发光过程。此外,阴离子可通过配位或静电作用调节笼的构象与电子分布,进一步优化荧光响应。
荧光传感应用前沿
荧光MOCs凭借其可调的腔体尺寸、主客体相互作用及聚集诱导发光(AIE)特性,在传感领域表现出超越传统小分子探针和框架材料的优势。在阴离子传感方面,MOCs通过尺寸匹配和静电互补实现了对F-、CN-等的高选择性识别;在有机污染物检测中,其疏水空腔可特异性捕获硝基爆炸物、农药残留等目标物;在生物活性物质(如氨基酸、核苷酸)识别中,MOCs通过多重相互作用实现了对生物标志物的灵敏检测。这些应用均得益于MOCs的结构鲁棒性和修饰适应性,避免了框架材料常见的孔道塌陷问题。
挑战与未来展望
当前荧光MOCs研究仍面临理性设计难度大、构效关系不明确、实际样品适应性差等挑战。未来需聚焦于以下方向:开发兼具动态响应与稳定性的智能型MOCs;建立基于机器学习的结构-荧光预测模型;推动其在复杂环境介质和生物体内的实时监测应用。通过多学科交叉策略,荧光MOCs有望成为下一代高灵敏度传感平台的核心材料。
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