光功能金属有机框架物定向合成及荧光传感性能研究

Metal-organic frameworks as a flourishing subclass of porous crystalline materials have demonstrated well prospects in the field of gas adsorption, separation methods, catalysis, and so on, which comprise an assembly of metal cations or clusters and organic linkers. In recent years, luminescent metal-organic frameworks as fluorescent sensors have aroused widespread attention of the distinguished scientists due to their potential applications in the field of molecular recognition and fluorescent sensors, which are dependent on their interaction with guest species. The fluorescence-based sensing materials has recently been considered as one of the most excellent and promising techniques in the detection of guest species, because this kind of technique possesses several advantages such as high selectivity, simplicity, short response time, portability, and the ability that can be applied in environmental, materials science, analytical, and biological system. In this project, we will research its controllable assembly through some strategies to construct desired luminescent metal-organic frameworks, and further study their properties as fluorescent sensors including detection of metal ions, nitroaromatic compounds, and some gas molecules. We will expect to publish more than 20 SCI papers including 8 papers with IF > 4.

金属有机骨架材料作为多孔材料领域中的一个明星材料，已经在气体吸附与分离，催化等领域中展现出良好的应用前景。最近几年光功能金属有机框架物材料利用不同的主客体之间相互作用，在分子识别、荧光传感方面崭露头角，由此引起了科学工作者们广泛地关注和研究。荧光传感器可将分子间的作用关系转化为变化的荧光信号，因其灵敏度高、选择性好、响应时间短、可直接观察等优点，已经成为生物化学，材料科学，分析和环境化学等领域中不可或缺的工具。本项目主要定向合成一些光功能金属有机框架物材料并研究其对有机溶剂小分子、金属离子、有毒硝基苯类化合物以及硫化物等的识别效应，观察荧光信号的变化，总结归纳金属有机框架物材料在这些方面的荧光识别的规律和特点，以期达到在荧光传感、污染物检测等方面具有重大应用前景为最终目标。预计发表20篇以上SCI收录的文章，影响因子大于4的8篇以上。

光功能金属-有机框架材料由于其特殊的孔道结构及发光性能而在荧光识别或传感方面具有重要的应用前景。目前，国际上在研究光功能金属有机框架物的设计合成及作为荧光传感器的应用上所遇到的“瓶颈”问题是：光功能金属有机框架物作为荧光传感器的作用原理研究尚不明确，难以通过其作用原理定向合成理想的光功能金属有机框架物材料。了解光功能金属有机框架物作为荧光传感器时与客体小分子之间的相互作用原理，必将有利于定向的合成具有优越荧光特性的金属有机框架物。因此，系统的设计合成光功能金属有机框架物并研究其荧光识别性能及原理成为这个领域具有挑战性和重要性的一项前沿课题。该项目结合本课题组前期研究结果，开展光功能金属－有机框架物的设计合成、定向组装及荧光传感方面的研究，发掘该类材料在阴阳离子传感器、有机小分子传感器以及气体或蒸气分子传感器等方面的应用。进一步明确影响框架物材料荧光性能的各种因素，以及荧光识别原理与过程，为该类材料的实际应用打下坚实的基础。通过该项目的实施，共发表SCI文章53篇，其中一区文章21篇，二区文章17篇，影响因子在10以上的文章6篇。实现了首例铜基金属-有机框架物对硝基芳烃类分子的高灵敏检测，对4-硝基苯酚、1,4-二硝基苯、1,3-二硝基苯具有目前报道的最低检测限，并首次发现了硫化氢作为助色团配位来增强材料荧光的机理，通过这种荧光增强可以实现细胞内对于H2S分子的选择性检测，利用单晶间转化产生金属配位不饱和点，增强了目标检测分子与主体框架间的作用力，实现了高效荧光检测和催化。我们的研究主要集中在光功能金属-有机配合物的合成及在荧光识别性能，从材料的构筑，到金属离子、有机小分子、硝基苯类分子、有毒气体分子的高灵敏度识别，再到染料分子的富集与光催化降解，从而拓展了微孔配合物这类特殊孔材料的应用。我们的研究和环境污染的防治及治理息息相关，具有实际意义和重要的科学意义。