【双金属MOF发光】双金属有机骨架的制备、性能及其荧光生物传感应用研究进展

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摘要：
University of Zakho的Sameera Sh. Mohammed Ameen和Khalid M. Omer等报道的文章（ACS Appl. Mater. Interfaces 2024）中综述了双金属有机框架（BiM-MOFs）在荧光基生化传感领域的最新进展。BiM-MOFs通过结合两种金属离子和有机连接体，与传统的单金属MOFs相比，在光学性质、稳定性、选择性和灵敏度方面展现出明显优势。本文深入探讨了BiM-MOFs的设计、合成及其在化学和生物传感中的实用应用，特别强调了荧光发射作为一种转导机制，并指导研究人员如何最大限度地发挥BiM-MOFs在更广泛研究领域的潜力。

研究背景：
1. 传统的单金属MOFs在光学性质和稳定性方面存在局限性，特别是在复杂的生化传感应用中。
2. 已有研究通过改进MOFs的合成方法和后处理技术来提高其性能，但多集中在单金属MOFs。
3. 作者提出了双金属MOFs的概念，通过精确调控两种金属离子的比例和空间构型，实现了对MOFs性能的显著提升，并在荧光传感领域展现出巨大的应用潜力。

实验部分：
1. 合成双金属有机框架（BiM-MOFs）：
   - 通过溶剂热或水热合成法直接合成含有两种金属离子的BiM-MOFs。
   - 实验结果：成功合成了具有增强灵敏度和意外拓扑结构的BiM-MOFs。
2. 后合成修饰（Postsynthetic Modification, PSE）：
   - 使用后合成交换技术，通过改变MOF表面的金属节点来调整BiM-MOFs的物理属性和反应性。
   - 实验结果：实现了MOFs的表面和核心的化学修饰，通过选择性跨金属化产生了核壳结构的BiM-MOFs。
3. 模板合成：
   - 利用硬模板或软模板控制纳米材料的尺寸、形状和结构。
   - 实验结果：通过模板法合成了具有精确金属离子位置的BiM-MOFs，并实现了空心BiM-MOFs的制备。
4. 核壳BiM-MOFs的合成：
   - 使用种子诱导生长、后合成交换和一锅法合成等方法制备核壳BiM-MOFs。
   - 实验结果：成功合成了具有不同金属中心的核壳结构BiM-MOFs，并通过精确控制生长动力学和成核过程，实现了均匀的金属节点分布。
5. 荧光性质测试：
   - 测试了BiM-MOFs的荧光发射特性，特别是双发射特性，用于比率荧光传感。
   - 实验结果：BiM-MOFs展现出了优异的荧光性能，如Eu/Tb-MOFs在检测萘普生时显示出从红色到绿色的颜色变化。

分析测试：
1. 荧光光谱分析：
   - 测试了BiM-MOFs的荧光发射和激发光谱，得到了双发射峰的具体波长和强度。
   - 结果：例如，Eu/Tb-MOFs在添加不同浓度的Fe3+时，荧光强度比（I614 nm/ I415 nm）与Fe3+浓度呈线性关系。
2. 比表面积和孔隙性分析：
   - 通过BET方法测定了BiM-MOFs的比表面积，通过孔隙尺寸分布分析了其孔隙性质。
   - 结果：例如，通过溶剂热合成的BiM-MOFs可能具有高的比表面积和可调节的孔隙尺寸。
3. 稳定性测试：
   - 对BiM-MOFs的水稳定性进行了评估，包括在不同pH和温度条件下的荧光强度保持率。
   - 结果：例如，Eu0.07Gd0.03-MOF在水溶液中存储28天后，结构稳定性和荧光强度分别保持了至少90.4%和87.5%。
4. 能量转移效率测试：
   - 研究了BiM-MOFs中的能量转移机制，如通过改变金属离子比例来调控能量转移效率。
   - 结果：例如，Tbx/Eu1−x-BTC BiM-MOFs中Tb3+到Eu3+的有效能量转移，即使在含有较大比例Tb3+的情况下，也能产生明亮的红色荧光。
5. 温度传感测试：
   - 利用BiM-MOFs的荧光热响应性，测试了其在不同温度下的性能。
   - 结果：例如，Eu0.0069Tb0.9931-DMBDC BiM-MOF作为荧光温度计，在10−300 K的宽温度范围内显示出高灵敏度。
6. 微生物检测：
   - 使用BiM-MOFs进行了细菌检测实验，如利用Fe/4Cu-MOF的过氧化物酶模拟性质进行沙门氏菌检测。
   - 结果：Fe/4Cu-MOF的催化活性与S. typhimurium浓度成比例降低，检测限为1.0 × 102 CFU/mL。

总结：
本文综述了BiM-MOFs在荧光传感领域的应用，展示了其在设计、合成和性能上的创新和优势。通过精确控制金属离子的比例和分布，BiM-MOFs在多个方面超越了传统MOFs，为生化传感提供了新的平台和策略。

展望：
未来的研究将集中在提高BiM-MOFs的水稳定性、优化其结构以提高选择性和灵敏度，并探索其在更广泛领域的应用潜力。尽管BiM-MOFs的开发仍处于早期阶段，但它们在MOF和网状化学领域中的重要性和应用前景已经显现。

Recent Advances of Bimetallic-Metal Organic Frameworks: Preparation, Properties, and Fluorescence-Based Biochemical Sensing Applications
文章作者：Sameera Sh. Mohammed Ameen* and Khalid M. Omer*
DOI：10.1021/acsami.4c06931
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c06931

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