环境中广泛存在的有毒和有害化学物质对生态系统安全和人类健康构成严重威胁。其中,来自工业废水的难降解高毒性污染物硝基苯(NB)[1,2],以及分子碘(I₂),尤其是其挥发性放射性同位素(如¹²⁹I和¹³¹I)[3,4],在核废料管理中尤为令人担忧。有效监测这些污染物需要开发灵敏、选择性强且检测速度快的方法。虽然色谱法和质谱法等传统技术具有高精度,但它们通常操作复杂、成本高昂,且无法实现实时现场检测[5,6]。在这种情况下,基于金属有机框架(MOFs)的荧光传感技术成为了一种有前景的替代方案,利用MOFs的可调结构、高孔隙率和可设计的客体-主体相互作用实现选择性识别和信号转导[7,8]。
大量研究致力于开发用于检测硝基芳香族化合物(如NB)的MOF荧光传感器,许多研究通过光诱导电子转移或荧光共振能量转移等机制展示了优异的灵敏度[9], [10], [11], [12]。尽管这一领域已得到充分探索,但能够清晰明确展示传感机制的系统仍具有基础研究价值。相比之下,利用MOFs进行碘分子荧光检测的研究相对较少[13,14]。尽管许多研究表明MOFs通过电荷转移和卤素键合等机制能有效吸附碘[15], [16], [17],但将这些相互作用转化为可靠的荧光响应的应用研究仍较为有限。这些客体-主体相互作用会改变MOF组分的电子结构,导致荧光淬灭或偏移[13,14],然而对此类传感应用的系统研究仍较为缺乏。
另一方面,合理设计有机配体在构建功能性MOFs过程中至关重要。尽管高度对称的多羧酸配体较为常见,但含有多个羧基(如超过4个)的低对称性配体仍未得到充分研究,尽管它们具有形成新型复杂拓扑结构的潜力[18,19]。此外,引入非配位取代基(如酰胺基团)可以影响羧酸基团的取向和构象,从而调控配位模式并最终改变材料性能[20]。因此,本研究旨在利用一种含有酰胺基团的五羧酸配体构建新型MOF,并系统评估其作为多功能荧光传感器的潜力。
本文报道了基于这种配体构建的一种新型Zn(II)/Na(I)杂金属MOF,该MOF具有罕见的(5,10)-连接拓扑结构。我们的研究具体目标包括:(i)阐明其晶体结构;(ii)通过内滤效应证明其作为溶液中超灵敏荧光传感器检测硝基苯的能力;(iii)更重要的是,探索其在气相和水相中检测碘的能力。这项工作提供了一个新的结构原型,并为定制配体设计与多功能传感性能之间的关联提供了见解。