功能化金属卟啉MOFs电化学传感界面构筑及电分析应用研究

Metalloporphyrin MOFs (MP-MOFs) combines tunable structure of MOFs with and specific catalytic activity of mimic enzyme catalyst of metalloporphyrin, which can be researched as novel electrocatalyst. This project plans to synthesize and functionalize mesoporous MP-MOFs with macroporous carbon, researching the electrochemistry and electrocatalysis. construction of sensor and electroanalytical application of MP-MOFs. The contents include: synthesizing a series mesoporous MP-MOFs; improving conductivity and stability of MP-MOFs; characterizing structure; researching electrochemical and electrocatalytic properties, relationship between structure/composite electrochemical sensing of MP-MOFs by various electrochemical methods; constructing sensor and researching probe molecular, such as electrooxidation of electrochemical active amino acid, catecholamine and purine that are closed related to life process, electroreduction of nitrobenzene that are environmental pollutants catalyzed by multi-electroactive center of MP-MOFs; improving selectivity and sensitivity of sensor through shape and size selectivity of pore structure and size to guest molecular combining signal amplification from high specific area of MP-MOFs. The success of this project will provide improtant theory and practice data for rational design and constructure of high performace electochemical sesors based on functional MP-MOFs.

金属卟啉MOFs (MP-MOFs) 结合了MOFs结构可调控性和金属卟啉仿酶催化剂的特殊催化活性，作为新型电催化剂有重要的研究意义。本项目拟开展中孔MP-MOFs合成、功能化、电化学及电催化性质和传感器制备与电分析应用研究。合成系列中孔（孔道>2 nm）金属羧基苯基卟啉MOFs，用大孔碳改善其导电性和稳定性；表征材料结构性质，研究功能化MP-MOFs的电化学行为和电催化特性、结构及组成与其电化学传感性能之间的关系；构筑电化学传感器，利用MP-MOFs的多电活性中心，分别研究与生命过程密切相关的分子，如电活性氨基酸、儿茶酚胺类、嘌呤类等电化学氧化、硝基苯类污染物电化学还原；通过MP-MOFs孔道结构及尺寸对客体分子的形状与尺寸选择，结合其高比表面积产生的信号放大作用，提高传感器的选择性和灵敏度。本项目的成功将为理性设计、构筑基于功能化MP-MOFs的高性能电化学传感器提供理论和实践依据。

金属卟啉MOFs (MP-MOFs) 结合了MOFs结构可调控性和金属卟啉仿酶催化剂的特殊催化活性，作为新型电催化剂有重要的研究意义。研究工作围绕MP-MOFs的合成及功能化、MP-MOFs的结构与其电化学及电催化性质的关系和基于功能化MP-MOFs的电化学传感器制备和电分析应用三个方面开展系统研究。取得了较好成果。研究发现用不同类型碳材料将MP-MOFs功能化得到复合物，详细表征说明MP-MOFs与各类碳材料的协同作用可极大地提高复合材料的电催化性能；考察了MOFs和多孔碳的结构与复合物电化学及电催化性质关系，MOFs以及碳材料的结构特征对复合物的电化学性质有着重要的影响；制备了功能化MP-MOFs修饰电极，分别研究了其对生命过程密切相关的分子及硝基苯类等有机污染物电催化性能，通过MP-MOFs孔的结构及尺寸对客体分子产生形状与尺寸选择，结合功能化MP-MOFs材料的高比表面积产生的信号放大作用，提高了传感器的选择性和灵敏度。. 研究成果发表标注基金资助的学术论文26篇，相关论文被JACS, Chem. Rev., Nano Energy, Biosen. & Bioelectron., Critical Reviews in Environmental Science and Technology, Applied Catalysis B: Environmental, Journal of Materials Chemistry A, Polyhedron, Small, Carbon, TrAC - Trends in Analytical Chemistry等期刊文章正面引用，产生了较好的学术影响。获得国家发明专利一项，培养博士4名、硕士研究生6名，参加学术会议8次。. MOFs种类数量繁多，且新结构及性能的MOFs合成方兴未艾，MOFs材料功能化是获得新型高性能电催化剂的重要途径，这一领域有着广阔的研究及应用前景。