鑽石舞台

作者｜編輯✏️養樂多

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金屬有機框架（MOFs）是一種使用通過金屬離子或金屬簇和有機配體構建的多孔雜化材料。近年來，MOFs被報道具有結構可調、官能團豐富、孔隙率高、比表面積大、熱穩定性好等諸多優點，在眾多研究中得到了廣泛應用。本綜述主要介紹了MOFs和MOFs配合物在分析應用領域的最新進展。最後，提出了MOFs在構建新型傳感器和吸收劑方面的機遇和挑戰。

近日，東北大學王建華教授，陳明麗教授和美國德州大學陳偉教授在JCR1區期刊Materials Today Advances（IF 9.918）上發表了題為Advances of metal organic frameworks in analytical applications的綜述論文。東北大學2019級博士生石微為論文第一作者，東北大學王建華教授，陳明麗教授和美國德州大學陳偉教授為共同通訊作者。該綜述對近年來基於MOFs的傳感器和吸附劑的研究進展進行了系統的論述，並且提出了基於MOFs的傳感器和吸附劑在未來發展中的挑戰和前景。

基於MOFs的傳感器

（1）MOFs可以用於構建熒光傳感器。具有熒光性質的MOFs基材料的熒光可以來自金屬離子（如鑭系元素）、有機配體或客體（如有機染料、量子點(QDs)、碳點(CDs)和金屬納米糰簇等）。此外，一些自身不具備熒光的MOFs基材料也可用於構建熒光傳感平台。其中，MOFs基材料可以起到兩種作用：一種是作為催化劑催化熒光反應；另一種是作為淬滅劑來淬滅分析物的熒光。

（2）MOFs可以用作構建比色傳感器。由發色配體和金屬離子設計的MOFs在引入分析物後可以顯示出可調的比色性能。構建基於MOFs的比色傳感器的另一種方法是將對目標物有響應的特定發色團與MOFs結合為複合物。

（3）MOFs也是構建電化學傳感器的理想材料。它們的空腔結構、可調的孔隙率、大的表面積和不飽和金屬配位位點賦予了MOFs優異的催化性能，使MOFs成為傳感測試中廣泛使用的優秀電極材料。

（4）MOFs可以作為表面增強拉曼散射(SERS)基質來負載等離子體納米粒子以構建SERS傳感器。多孔MOFs的高表面積不僅可以穩定等離子體納米結構的環境以確保測試的重現性，而且可以實現複雜基質中痕量分析物的高選擇性捕獲和高效富集，從而提高傳感性能。此外，基於MOFs的光熱傳感器、石英晶體微天平(QCM)傳感器和熱傳感器也在文章中被介紹。

基於MOFs的吸附劑

對於MOFs基吸附劑，由於已有綜述根據不同的吸附機制（配位鍵、π-π堆積、靜電相互作用和氫鍵）對其進行分類（Coord. Chem. Rev., 434 (2021)）。在這篇綜述中，該綜述主要介紹了MOFs作為吸附劑在分析測試過程中樣品預處理方面的應用，重點介紹了其在蛋白質和多肽、重金屬離子、有毒有害有機分子以及其他一些物質，如藥物和陰離子的吸附應用。

MOFs在分析應用中的現有問題和發展前景

在許多情況下，MOFs的合成路線複雜、昂貴且耗時，這使得它們難以在工業規模上應用。因此，有必要對MOFs和MOF配合物的合成進行進一步的開發和優化，使其在保持自身固有優勢的同時，實現規模化合成。理論計算和實驗的結合可以更直觀地揭示結構-產量-活性關係，從而促進MOFs在實際生產和生活中的應用。

在傳感應用方面，儘管近年來已經報道了一些多模傳感器，但它們大多只限於兩種類型的信號。因此，充分利用MOFs的性能和優勢，開發可以同時輸出多個信號的傳感平台是很有發展前景的。此外，在傳感過程中，MOFs材料的穩定性—尤其是水穩定性—往往不能達到理想的要求。同時，傳感器的特異性也有待進一步提高。MOFs與更多新型功能性配體和材料的結合可以生產出同時具有多種性能的創新型MOFs基複合材料，使所得複合材料廣泛應用於各種類型的傳感器。此外，MOFs與合適的底物或官能團的結合可以進一步提高它們的穩定性和特異性，從而提高它們的可重複使用性和實用性。此外，考慮到實際應用的成本效益和安全性，開發綠色環保、儲存穩定性好、操作簡單、響應快速的MOFs基傳感器也尤為重要。

對於吸附應用，MOFs的分離性能的評估仍然依賴於複雜、昂貴的儀器和技術，例如石墨爐原子吸收光譜和質譜。雖然已經報道了一些基於MOFs的分離和檢測相結合的平台，但進一步開發無需大型檢測設備的集成分離和檢測平台是非常有必要的。例如，將MOFs的光學傳感或催化傳感與吸附特性相結合，建立一個集吸附和檢測於一體的MOFs平台。此外，在MOFs吸附劑的使用過程中金屬離子或有機配體的泄漏仍有待解決以更好的方式。

主要作者介紹：

第一作者：

石微：東北大學理學院2019級化學博士研究生，目前主要研究工作集中在多孔材料尤其是金屬有機框架材料的設計、合成和應用。

通訊作者：

王建華：東北大學教授，博士生導師，國家傑出青年科學基金獲得者。1985年於南開大學化學系獲學士學位；1988年于吉林大學化學系獲碩士學位，指導教師為徐如人院士和馮守華院士；2002年獲丹麥科技大學化學系哲學博士學位，導師為流動注射分析的創始人Elo Harald Hansen教授。1997-1998年為美國特拉華大學（University of Delaware）化學與生物化學系訪問學者，從事串聯質譜及其分析應用的研究。發表研究論文300餘篇，論文H指數50。於2006.11-2015.7擔任東北大學理學院院長，2015.7起任東北大學副校長。遼寧省「流動分析與裝備」重點實驗室主任。擔任Talanta副主編（2004.12起），英國皇家化學會Journal of Analytical Atomic Spectrometry（2007-2010）、分析化學、光譜學與光譜分析、分析科學學報、分析試驗室、應用化工、東北大學學報等期刊編委。

陳明麗：東北大學教授、博士生導師，東北大學分析測試中心主任。2010年於東北大學獲分析化學博士學位。2011.10-2012.10赴美國德克薩斯大學阿靈頓分校化學與生物化學系做訪問學者，從事痕量氣體檢測方面的研究。入選遼寧省「百千萬人才工程」千人層次，瀋陽市領軍人才。主持國家自然科學基金項目3項，遼寧省高校創新人才計劃1項，教育部高等學校博士學科點專項科研基金1項，中央高校基本業務費4項，發表SCI收錄論文80餘篇，高被引論文1篇。遼寧省教學名師，國家一流本科課程負責人。

陳 偉：德州大學阿靈頓分校物理系納米生物物理專業終身正教授。三次獲得德州大學科研優秀獎及德州傑出科學家兩次提名。2017年獲得美國科技出版社的最佳論文獎。2020年獲德州大學傑出成就獎，當選美國發明科學院資深院士和英國皇家化學學會會士，榮獲國際彭斯思獎（Pencis Award）-腫瘤學和癌症研究卓越成就獎.多年來一直從事納米技術的尖端研究，在癌症納米靶向治療和深部癌症光動力治療研究方面取得了優異成果。目前在PNAS, Nano Letters, Signal Transduction and Targeted Therapy(Nature), Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Materials Today Physics，Bioactive Materials, Coordination Chemistry Reviews等著名學術刊物發表論文317多篇，主持編寫專著1部（三冊），專著一本，參與編寫專著13冊，論文引用超過12000次，論文H指數是60，其中單篇引用最高達714次，引用超過200次的有14篇，引用超過100次的有32篇，授權發明美國專利19項；主持了30多項重大科研項目。Charles P. Poole Jr.與Frank J. Owens在2003所著的美國第一本納米技術教科書《納米技術介紹》中介紹了他的開創性工作和重要貢獻。陳偉的科研工作廣受關注，受到美國哥倫比亞電視節目CBS的報道。

更多詳細內容，可「閱讀原文」。

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