首页 >
行业动态 > 【长发光MOF材料】用于超长可见光化学发光的精密微反应器
【长发光MOF材料】用于超长可见光化学发光的精密微反应器
摘要：
中国石油大学范卫东&青岛科技大学肖振宇老师等报道的本篇文章（Chem. Mater. 2024）中报道了一种新型金属有机框架（MOF），命名为UPC-88，它通过整合催化中心、发光中心和开放通道到原子尺度平台，显著提升了与常规均相溶剂系统相比的光发射强度。UPC-88由含lophine基团的H4LIM-2H配体构建而成，是首个具有双重（金属/有机）H2O2催化中心的化学发光微反应器（CLMR）。由于固定了生色团并整合了双重催化位点，UPC-88的弛豫现象大幅减少，能量传递效率显著提高，展现出卓越的光发射性能。UPC-88系统的可见发光时间长达1100分钟，是MOF系统中报道的最高纪录之一。研究者首次对荧光强度和荧光功率进行线性拟合，结果显示UPC-88是迄今报道的荧光功率最高的MOF化学发光材料。CL反应机制的探索揭示了lophine碱基中心在分解过氧化氢中的关键作用，实现了化学能到光能的高效转换。这一平台将为下一代CLMR系统和改进的CL性能提供理论和实验基础。
研究背景：
1. 化学发光（CL）作为一种冷光源，在应急照明、生物传感器、基因报告和生物成像等领域有广泛应用，但其通常存在原料快速消耗导致的短暂发光时间和发光强度弱的问题。
2. 目前常用的化学发光剂如鲁米诺及其衍生物在溶剂系统中，因未控制的原料消耗、长的能量传递路径和自由生色团的弛豫现象，导致发光效率不高。
3. 作者设计并合成了一种新型的MOF材料UPC-88，通过在有机配体中整合催化中心和生色团，显著提高了能量传递效率，并有效减少了生色团的弛豫现象。
实验部分：
1. MOF合成实验：
- 作者合成了一种新型的金属有机框架材料UPC-88。实验中，将Ba(NO3)2和H4LIM-2H配体在DMA/EtOH/H2O混合溶剂中溶解，倒入10 mL试管中，100°C下反应24小时，得到无色晶体，产率为62%。随后在真空中100°C下激活3小时，晶体转变为黄色。
2. 化学发光性能测试：
- 采用传统的过氧草酸盐化学发光（POCL）系统测试UPC-88的化学发光性能。在含有CPPO、UPC-88和叔丁醇的邻苯二甲酸二丁酯溶液中加入H2O2，通过F-7000荧光光谱仪在不同时间检测发光强度。
3. 荧光量子产率测定：
- 使用已知的血红素催化鲁米诺和H2O2系统作为标准，测定UPC-88的化学发光量子产率。实验在磷酸钠缓冲液中进行，化学发光光谱每10秒收集一次。
4. 电催化分解H2O2：
- 制备工作电极，将UPC-88样品分散在Nafion溶液中，涂覆在玻碳电极上。使用CHI760E电化学工作站进行电催化测试，通过循环伏安法在含H2O2的PBS电解液中表征电催化性能。
分析测试：
1. X射线衍射分析：
- 单晶X射线衍射分析显示UPC-88在P-1空间群中结晶，非对称单元由Ba1、Ba2离子、LIM-3H3−配体、桥接水分子和两个配位水分子组成。
2. 比表面积和孔径测试：
- Zeo++计算显示UPC-88的比表面积为697.411 m²/g，孔径分布显示两个不同的一维通道，直径分别为6.8和8 Å。
3. 荧光光谱测试：
- UPC-88的荧光量子产率为37.1%，双指数衰减荧光寿命为τ1 = 14.1 ns, τ2 = 36.62 ns。
4. 电化学测试：
- 循环伏安法测试表明，UPC-88的电流密度高于UPC-2，表明更好的电催化效率。
5. 化学发光强度与功率测试：
- 通过线性拟合，得到化学发光强度与荧光功率的标准方程，R-square达到0.99。UPC-88显示出最高的化学发光功率0.03454 μW。
6. 化学发光机制探索：
- 研究了UPC-88系统的化学发光机制，发现lophine碱基中心在H2O2分解中的关键作用，实现了化学能到光能的高效转换。
总结：
本文成功设计并合成了一种新型的MOF材料UPC-88，作为化学发光微反应器展现出了卓越的性能。UPC-88通过整合催化中心和生色团，有效提高了能量传递效率并减少了生色团的弛豫现象，实现了超长的可见发光时间和高荧光功率。此外，通过线性拟合荧光强度和荧光功率，为化学发光强度的量化提供了新的方法。
展望：
建议作者在未来的研究中，进一步探索UPC-88在不同应用场景下的稳定性和耐久性，以及通过结构调整进一步提高其性能。同时，对于MOF材料的可回收性和环境影响也应予以考虑。
A Precise Microreactor for Ultralong Visible Chemiluminescence
文章作者：Yutong Wang, Mingyue Fu, Meng Sun, Fugang Li, Fei Gao, Xiaokang Wang, Xinlei Yang, Hongyan Liu, Zhenyu Xiao*, Weidong Fan*, and Daofeng Sun
DOI：10.1021/acs.chemmater.4c01126
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.4c01126
本文为科研用户原创分享上传用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。
