集催化检测一体的二维金属有机框架@类普鲁士蓝纳米复合电化学传感材料的设计合成

China has become the world’s largest automobile production and sales for eight consecutive years, the automobile exhaust pollution has become an important source of air pollution in China, and cause a serious threat to human health. Therefore, qualitative and quantitative detection of the automobile pollution is urgency from the perspective of environment protection and human health. Electrochemical sensors are the best candidate due to their convenient operation, high sensitivity, cheap cost, and detection in real time, etc. In this project, we will focus on the syntheses of multi-functional eletrochemical sensors combining the dual functions of detection and catalytic conversion of pollutional targets. Two-dimensional layered metal-organic frameworks (LMOFs) will be synthesized based on the advantages of MOF materials. Then, LMOFs@PB(PBA) nano-composites are fabricated by introducing nano-prussian blue (PB) or prussian blue analogue (PBA) particles. At last, the composites are utilized for making up electrochemical sensors based on the fabricated sensor array. Based on all experimental data, a data contrast matrix will be built, in which ligands, LMOFs, PB(PBA), composites and performances are listed as longitudinal data. Furthermore, the relationship of structures and properties will be concluded through analyzing the performances and each influence factors, containing material composition, BET, aperture, morphology, electrode arrangement, etc. In conclusion, we will realize the designedly syntheses of functional ligands from the molecular level and explain detecting mechanism, guiding ligand design, material regulation, and performance optimization.

随着汽车尾气污染成为威胁环境和人类健康的主要原因，实现其实时定性定量检测具有保护环境和人类健康的双重价值。便捷廉价、灵敏度高且可实时监测的电化学传感器成为最佳选择。本项目将致力于催化转化和检测一体化的电化学传感器的设计合成。利用金属有机框架(MOFs)的优势合成导电二维层状MOFs(LMOFs)，结合普鲁士蓝(PB)和类普鲁士蓝(PBA)双氧化还原的协同催化，制备LMOFs@PB(PBA)的纳米复合功能材料，设计最佳电极排布方案制备其电化学传感器。基于配体-LMOF-PB(PBA)-复合材料-传感性能的数据对比矩阵图，结合材料组成/比表面积/孔径/组装方式/电极排布方案等因素总结复合材料的每一部分和不同复合材料对催化和传感性能的影响规律，追其本源改进配体的空间导向和功能化，实现从分子水平上调控，建立构-效关系，阐释传感机理，形成从配体设计-材料调控-性能优化并存的理论。

电化学传感器是一种能够实现对环境中目标分子进行定性识别、定量监测和检测的装置。因其操作简便、省时、廉价、检测迅速、选择性好、灵敏度高、可实时在线分析等优点，被广泛用于临床、工农业生产和食品检测等领域。近年来，科研工作者在这些方面做了大量的工作，但主要通过改进或者修饰传感器的接收器以提高其检测特异性和灵敏度，材料主要集中在无机半导体氧化物、碳纳米管、石墨烯等。可是它们的结构改造和修饰难度大，很难根据实际需要调控其物理化学性能。设计合成新型的价格低廉的便携式电化学传感器已被国内外科学研究者认为是最有潜力的高技术产业。根据项目计划书的计划安排，本项目以金属有机框架材料，尤其是二维层状的金属有机框架材料，和普鲁士蓝类纳米复合材料的设计合成为出发点，成功组装了一系列功能性的新型复合电化学传感器，同时把应用领域拓宽到电催化领域，实现新型环保能源材料的应用研究，为实现国家的双碳目标贡献自己的力量。具体内容包括两个方面：(一)与环境保护相关的新型电传感器件的设计组装；(二) 与能源相关的新型功能催化剂和储能材料的设计合成。取得了一些创新性的科研成果。正如年度进展报告中所呈现的，每年的进展已经根据计划书的进度安排顺利开展并圆满完成，详细的科研成果展示在本结题报告的正文部分。.本项目运行期间，在国际有影响力的学术期刊上发表学术论文17篇，其中包括：Angew. Chem. Int. Ed. (VIP, 影响因子16.823), Chem. Eng. J. (一区, 影响因子16.744), ACS Appl. Mater. Interfaces (一区, 影响因子10.383), 等。已授权发明专利4项。培养研究生15名（毕业6名），其中3人获得“国家奖学金”，多人考取中山大学、同济大学、华中科技大学等著名高等院校的博士研究生。已经圆满完成项目计划书的所有预期目标。