基于电致发光功能化金属-有机框架材料的高灵敏重金属离子和小分子传感器研究

Electrochemiluminescence (ECL) has been developed by combining highly sensitive chemiluminsecence with well controllable electrochemistry, which enables ECL to be a very promising analytical technology. However, the development and applications of ECL have been limited due to lack of ECL reagents with high ECL activity, high cost of ECL reagents and sameness of sensing mode.In order to resolve these limtitations in ECL, a new kind of recently emerging materials called metal-organic frameworks (MOFs) will be introduced for ECL study and applications in this proposed project. The study will be mainly focused on the synthesis of ECL-functionalized MOFs by functionalizing MOFs with ECL molecules or quantum dots; the mechanism of interactions between metal ions (or small molecules) and ECL-funcitonalized MOFs; and the discovery of valid ways to obtain ECL sensors with high sensitivity, high selectivity, and new multi-sensing modes; finally, a new highly sensitive and selective ECL sensors will be developed and applied for the detection of heavy metal ions and small molecules in real samples.

电致化学发光(ECL)是结合了高灵敏的化学发光分析法和可控性良好的电分析法优点的基础上发展起来的一种具有很好应用前景的分析技术，然而当前高灵敏ECL试剂相对缺乏且价格昂贵，ECL传感模式有限，信号响应选择性不够理想，限制了ECL传感器的发展和实际应用。本项目拟将近年来新兴的金属有机框架（MOFs）材料引入了ECL研究中，利用MOFs强的吸附富集能力、丰富的识别模式，以产生对传感信号高倍和选择性放大，来解决ECL现有问题。主要研究包括用ECL活性的分子或量子点功能化MOFs，合成出具有ECL功能化、材料结构及识别性能可调的各种MOFs新材料；研究ECL功能化MOFs材料与金属离子和小分子之间相互作用的机理；探索多种新型ECL传感模式和提高识别的专一性和信号响应灵敏度的有效途径；在此基础上构建高灵敏和高选择性、传感模式新颖多样的ECL传感器，并将新型的ECL传感器应用于环境和生物实际样品测定。

本项目围绕“基于电致化学发光功能化金属-有机框架材料的高灵敏重金属离子和小分子传感器研究”这一主题，重点开展了3个方面的研究工作：(1)各种具有高电致化学发光、化学发光、荧光活性的新型纳米功能材料的设计、合成、形貌表征、光电性能的研究；(2)发光（ECL、CL、FL）功能化MOFs材料的设计、合成与表征，发光性能、富集效率以及发光机理的研究；(3)构建了高灵敏、高选择性的基于发光（ECL、CL、FL）功能化MOFs材料的传感界面及传感器，并应用于环境水样、土壤、食品、血液体品中重金属离子的检测，以及生物样品中O2、H2O2、氨基酸、核酸、蛋白质、抗体等小分子和生物分子的检测。在碳量子点（CQDs）、石墨烯量子点(GQDs)、石墨相氮化碳纳米片(g-C3N4)、金属纳米簇（AuCNs）、导电聚合物量子点（CPdots）等性能优良的新型纳米发光材料，发光功能化MOFs复合材料的合成、表征，发光性质研究，模式新颖多样的ECL、CL、FL传感器研制及其在环境和生物实际样品中重金属及小分子高灵敏、高选择性检测应用方面取得重要进展。在“Anal. Chem.”、”Small”、” Biosens. Bioelectron”、 “ACS Appl. Mater. Interfaces”、 “Nanoscale”、” Chem. Commun.”、” Sensor Actuat. B-Chem.”、 “J. Mater. Chem. C”、“Electrochim.Acta”、” Microchim. Acta”、“Analyst”等重要国际刊物上发表研究论文27篇。申请国家专利2项。在该项目的资助与带动下，先后培养了6位博士毕业和9位硕士毕业。项目达到预期研究目标。