海南大学化学化工学院高助威课题组在《Chemical Engineering Journal》上发表用于重金属离子传感器的荧光共价有机框架研究进展

来源：择校网时间：2025-01-17 21:40:24

近期，海南大学石油化工多相分离与安全技术团队高助威副教授课题组在化学工程领域一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF = 13.3）发表题为《A review of fluorescent covalent organic frameworks for heavy metal ion sensors》的研究综述。化学化工学院王迎迎博士研究生为论文第一作者，高助威副教授为论文唯一通讯作者。

在当今工业化进程加速的时代，重金属离子污染已成为全球生态环境面临的严峻挑战之一。重金属离子因其半衰期长、难降解且易在食物链中生物累积等特性，对人类和环境健康构成严重威胁。例如，铁离子失衡会影响代谢和蛋白质合成，汞离子则可能干扰生殖、神经和免疫系统。因此，开发高效、灵敏的重金属离子检测方法至关重要。

图1 用于重金属离子传感器的荧光共价有机框架

荧光共价有机框架（FCOFs）作为一类新兴的有机聚合物，在重金属离子传感器领域展现出巨大潜力。FCOFs 由有机单体经共价键连接而成，具有独特的孔结构、可调节的荧光性质、易于功能化和出色的稳定性。其合成方法多样，包括硼基、亚胺基、三嗪基及其他类型 FCOFs 的制备（图2）。如硼基 FCOFs 可通过硼酸结构单元自缩合脱水形成硼酸酐键合成，但易水解限制了其应用；亚胺基 FCOFs 由胺与醛经席夫碱缩合制备，因其反应条件简单、稳定性好而备受关注。在荧光机制方面，主要包括荧光猝灭和荧光增强机制，涉及光诱导电子转移、共振能量转移、分子内电荷转移等多种复杂过程。例如，某些分子与 FCOFs 相互作用时，通过主客体相互作用、电子转移等导致荧光猝灭或增强，从而实现对重金属离子的检测。

图2 不同 FCOF 的构建单元

目前，一般来说，FCOFs它们具有可预先确定的结构、可调节的孔径、易于修饰和高稳定性等特点。它们在多种领域展现出众多应用，如吸附、分离、识别、催化、能量存储和荧光传感等。图 3展示了荧光材料和FCOFs的应用。在实际应用中，FCOFs 已被广泛用于多种重金属离子的检测。对于必需的痕量金属元素，如铁离子、铜离子等，FCOFs 传感器表现出良好的选择性和灵敏度。以铁离子检测为例，一些纳米级 FCOFs 可在细胞内检测铁离子，线性范围为 0.5-100 μM，检测限低至 0.061 μM。对于有毒金属元素，如汞离子、铝离子等，FCOFs 同样能实现高效检测与吸附去除。如某磁性 FCOFs 负载配体对汞离子具有高选择性和灵敏度，可快速去除和检测水中汞离子。尽管 FCOFs 在重金属离子检测方面取得了显著进展，但仍面临一些问题，如荧光机制研究不够深入、多离子检测有待优化等。未来研究将聚焦于开发新型荧光基团、拓展实际应用领域、深入探究检测机制以及实现多离子同时检测等方面，以推动 FCOFs 在重金属离子检测领域的进一步发展，为环境保护和人类健康提供更有力的技术支持。