基于金属有机骨架材料的催化发光传感阵列研究

We propose here a new strategy of gas sensor array based on in-situ selective adsorption preconcentration and cataluminescence, thanks to the excellent advantages of the highly porous metal-organic frameworks (MOFs) with gas molecular adsorption features and high-performance catalytic activity. Through the design and synthesis of metal-organic frameworks with charming features of adsorption and catalytic oxidation activity for volatile organic molecules, explore the relationship between surface adsorption and catalytic oxidation of metal-organic frameworks structure with gas molecules, and then fabricate a gas sensor array with capability of gas molecular adsorption preconcentration and cataluminescence. It is expected that the present sensor array can greatly improve the capability of the sensor arrays in ultra-trace analysis of pollutants, trace odor identification, gas analysis (explosives, flammable gases, volatile organic compounds or toxic harmful gases) under complex environment with highly sensitive and selective detection. We think the portable, real-time, online sensing techniques and methodologies would promote the development of the nanomaterials-based cataluminescence sensor.

本项目拟利用介孔金属有机骨架材料优异的气体分子选择性吸附富集特点和高性能催化活性，开展基于原位预富集和催化发光的新型传感器阵列的研究。通过设计合成对挥发性有机物分子的高效吸附富集和催化氧化活性的金属有机骨架材料，探究金属有机骨架材料结构与气体分子的吸附和催化氧化之间的规律，实现在同一传感器阵列中分子的选择性富集和发光，力图解决传感器阵列在超痕量污染物分析方面的局限，以期实现适用于痕量气味鉴别、复杂环境下气体（爆炸物、可燃气体、有机挥发物或有毒有害气体）等的高灵敏高选择性分析，发展新型便携、实时、在线的发光传感分析新技术新方法，促进纳米催化发光传感器的发展。

近年来，金属-有机骨架材料是通过无机金属中心与有机桥联配体以自组装的形式得到的一类具有周期性多维网络结构的有机-无机杂化多孔晶体材料，在气体储存、分离、催化等领域呈现出广阔的发展前景。本项目中，围绕金属有机骨架材料高灵敏发光传感分析新方法研究，开展了具有潜在催化活性和吸附能力的介孔性金属有机骨架材料合成及其功能化修饰研究，并对目标物分子在金属有机骨架材料表面的催化发光和吸附机制进行了系统的探究，重点研究了挥发性有机污染物在其表面上的吸附和催化发光特征规律，并对液相体系中金属有机骨架材料的催化活性和发光特性进行了研究，在此基础上建立了一系列基于金属有机骨架材料的发光分析新方法。在研究过程中，发现了挥发性有机污染物在纳米材料表面的发光具有时间分辨的动力学特征，提出了瞬态催化发光概念，这些研究有力的促进了发光传感分析领域的研究，同时对于界面科学领域中探究界面反应本质提供了一条新途径。