金属有机软智能材料的制备及其在阴离子传感中的应用研究

Recognition and sensing of anions in life system with different types and sizes are very important since they participate varieties of life activities and are related to human health and diseases. This program aims to develop new optical and electronic sensors of inorganic, organic and biological anions in complex medium by introducing metal organic gels (MOGs) with high surface area and high mass transfer speed, which are stimulus-responsive, configuration and pore-size adaptable. On the basis of facile preparation of two new types of fluorescent MOGs including extended one-dimensional structures and net-like structures through the gelators composed by oxygen, nitrogen or sulfur containing ligands with transition metal ions, this program tries to develop new types of optical and electronic sensors with the functions of sample separation and enrichment, realizing the separation and simultaneous analysis of electron-rich organic small molecules and inorganic, organic and biological anions with different sizes, in terms of the mechanistic discussions of the interactions between metal and ligands, metal or ligands and the solvents, and the stimulus responses. This program intends to resolve the scientific key points of the recognition mechanism of different sizes and types of anions with MOGs soft materials, which provides guidance to the facile preparations of new types of sensing materials, and innovative ideas for the design and development of new optical and electronic sensors.

阴离子参与各种生命活动，与健康和疾病密切相关，因而识别和感应生命体系中不同大小和种类的阴离子具有十分重要的意义。本项目拟引入对外刺激敏感、形态和孔径可调、高表面积、快速传质的金属有机凝胶（MOGs）作为阴离子感应材料以构建识别复杂基体中无机、有机和生物阴离子的光电传感器为研究目标。项目在合成含氮、含氧和含硫等配体与过渡金属依据凝胶因子形成的扩展一维结构和多种过渡金属-配体化合物的共聚网状结构两种新型荧光有机凝胶的基础上，通过探讨金属与配体间、金属或配体与溶剂间以及受外界刺激等作用机制，开发出集分离富集和传感为一体的新型光电传感器，实现复杂基质中富电子有机小分子和不同大小的无机、有机及生物阴离子的分离分析和同时分析。项目拟解决金属有机凝胶软材料用于不同大小、种类阴离子识别的机制为关键科学问题，不仅对新型感应材料的制备有指导作用，也对新型光电传感器的设计与开发具有创新意义。

作为一种新的软智能材料，金属有机凝胶(Metal-Organic Gels, MOGs)优异的光热、机械和催化性能对开发具有特异性响应性能的新型光化学和电化学传感器具有十分重要的意义。目前MOGs在传感中的应用主要是可视化识别，在催化方面主要是催化有机反应。因此，本项目选取不同的金属中心与含氮、含氧有机配体作用制备MOG, 通过研究MOG的性质，发展MOG的新功能，实现复杂体系中阴离子和小分子的灵敏检测。项目的执行，在理论和应用上都取得了较好的成果。.1. 具有模拟酶性质金属有机凝胶的制备及应用：以Fe3+、Ru3+、 Cu2+和Co2+为中心金属离子制备的MOGs具有高效的模拟酶性质，基于酶活性变化机制，建立了血清中葡萄糖、半胱氨酸等小分子的灵敏检测方法。.2. 荧光金属有机凝胶的制备及应用：以Al3+、Tb3+ 、Sm3+、Eu3+ 和Dy3+等为中心离子制备的MOGs具有优异的荧光特性，基于荧光性质变化建立了爆炸物中羟基硝基化合物的选择性识别和多种阴离子的分步识别方法，研究了识别机制。.3. 金属有机凝胶在电化学分析中的应用：以Cu2+、Tb3+和Ag+为中心金属离子制备的MOGs可分别作作为电极修饰材料、电致化学发光体系的发光体和共反应剂，基于MOGs的光电性质，建立了灵敏检测四环素、microRNA-141、DNA和腊肠中亚硝酸根离子等的电化学分析方法。.4. 金属有机凝胶衍生物的电催化活性及应用：以Fe3+、Cu2+、Co2+和Ni2+为中心金属离子制备的MOGs作为前驱体高温煅烧获得的金属氧化物具有优异电催化性能，基于氧化物的电催化活性，建立了药物小分子的灵敏检测方法。.5. 金属有机凝胶到金属有机骨架（Metal-Organic frameworks, MOFs）的转换：研究了以Zn2+和Cu2+为中心金属离子制备的MOGs在阳离子和有机溶剂介导下转换成不同形貌的MOFs的机制。