新型Ir(III)配合物在重金属检测中的应用研究

Heavy metal pollution has become one of the major environmental pollution problems. Heavy metal is a kind of dangerous pollutant, which can accumulate in the organism, and it will cause serious consequences to human and other organisms. Therefore, the detection of these metal cations is of great importance. Iridium(III) complexes have been successfully used as phosphorescent chemosensors because of their high photoluminescence efficiency, advantageous photophysical properties that can be tuned by the coordinated ligands. In the project, a systematic research on Ir(III) complexes in the heavy metal detection was carried out by the molecular structure design. The novel ancillary ligands such as tetraphenylimidodiphosphinate, 2-(5-phenyl-[1,3,4]oxadiazol-2-yl)phenol, 2-(5-phenyl-[1,3,4]thiadiazol-2-yl)phenol derivatives with different substituents, the neutral ligands with poly(ethylene glycol)(PEG) moieties and dipyrido[3,2-a:2’,3’-c]phenazine(DPPZ) derivatives of big conjugate structure, and the sulfur, nitrogen contained ligands were introduced into Ir(III) complexes. The introduction of the sulfur, nitrogen contained ligands was to achieve the selective sensing of heavy metal cations. And we aim to obtain Ir(III) complexes with high quantum efficiency, good solubility in water, near infrared emitting by the introduction of novel ancillary and neutral ligands. Then we study the responsive laws and action mechanism between the detection of heavy metal cations and the structures of the Ir(III) complexes, exploring the new design principles of phosphorescent chemosensors.

重金属污染已经成为我国环境面临的重要污染问题之一。重金属通过水体、食物链富集等对人体以及其他生物产生严重后果，因此对重金属的检测具有重要意义。Ir(III)配合物具有发光效率高，配体易于功能化修饰等特点，成为最好的磷光传感材料之一，在重金属检测领域有潜在的应用前景。本项目通过设计新型的辅助配体(二(二苯基膦酰)胺类、噁二唑及噻二唑类)、中性配体（含聚乙二醇(PEG)基团、含大共轭结构的二吡啶吩嗪(DPPZ)衍生物）以及含硫、氮识别单元的功能配体，制备新型的Ir(III)配合物，系统研究铱配合物在重金属检测中的应用。通过含硫、氮识别单元的引入，实现对重金属离子的选择性传感。新型辅助配体和中性配体的引入，以期得到量子效率高或者水溶性好，以及发射光谱在近红外区域的铱配合物。深入研究铱配合物的分子结构与其对重金属阳离子响应能力的规律和作用机理，探索新的磷光化学传感器的设计原则。

重金属污染已经成为我国环境面临的重要污染问题之一。重金属通过水体、食物链富集等对人体以及其他生物产生严重后果，因此对重金属的检测具有重要意义。Ir(III)配合物具有发光效率高，配体易于功能化修饰等特点，成为最好的磷光传感材料之一，在重金属检测领域有潜在的应用前景。本项目通过设计新型的辅助配体、中性配体以及含硫、氮识别单元的主配体制备中性和离子型铱配合物，系统研究配合物的结构、光物理性质、电化学性质以及配合物在重金属检测等领域的应用。围绕项目关键科学问题及研究目标，完成了预期任务，具体开展工作如下：.1) 以二（二苯基膦酰）胺及其衍生物、2-(5-苯基-[1,3,4]噁二唑-2-基)-苯酚及其衍生物为辅助配体，分别以2-(2-吡啶基)苯并噻吩和2-(2-噻吩)吡啶为主配体成功合成了构型为Ir(C∧N)2LX的中性铱配合物，对这两类配合物进行了表征和性质测定。研究表明，这两类铱配合物发射峰位置处于573-620 nm，发光量子效率较高(0.04-0.59)，是良好的磷光发光材料。加入Hg2+后，磷光发射光谱的峰位置出现了13-35 nm的蓝移，同时，配合物的颜色均由橙红色变为浅黄色，实现了肉眼识别。.2) 以2-(2-吡啶基)苯并噻吩和2-(2-噻吩)吡啶为主配体，以吸电子基团(-Br)或供电子基团(-tBu)取代的2,2’-联吡啶为中性配体合成了离子型铱配合物，配合物的量子效率处于0.13-0.85范围内。2,2’-联吡啶衍生物配体中取代基的性质能够对配合物的发射光谱产生较大影响，以吸电子基团(-Br)修饰2,2’-联吡啶配体能够使铱配合物的发射峰红移。基于4,4’-二叔丁基-2,2’-联吡啶的铱配合物可以利用发射光谱实现对Hg2+的检测，而以-Br取代2,2’-联吡啶为中性配体的配合物却不能实现对Hg2+的检测。.3) 采用多种检测手段，紫外-可见吸收光谱法、发射光谱法以及电化学方法深入研究含硫、氮接受单元的铱配合物对重金属的响应能力和规律。导致配合物的光物理性质发生显著变化的根本原因是Hg2+和主配体中的硫原子发生配位作用，改变了配合物的激发态性质，导致吸收或发射性质的改变，从而实现对该阳离子的检测。