CN116041721A - 一种蓝光金属有机框架材料的制备及其对于水相中铅离子的荧光传感应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝光MOF材料及其制备方法与应用。该材料的结构式如式I所示。其制备方法包括下述步骤:(1)将适量Me6BHS与AgBF4按比例加入反应器中,加入乙醇使之充分分散;(2)将反应体系加热反应;(3)待反应完毕,冷却至室温,过滤得到产物Ag‑BHSMe,并分别用水,乙醇,二氯甲烷洗涤3次,真空干燥;(4)将所得粉末样品分散于含有不同浓度铅离子的水溶液中,超声3分钟并静置2小时以上,然后进行荧光传感测试。本发明提供的高结晶性的蓝光MOF材料对水相中铅离子有着特异性荧光增强响应,并且可在环境条件下和水中稳定存在,对于水相中铅离子的原位检测有着重要意义。

Description

一种蓝光金属有机框架材料的制备及其对于水相中铅离子的荧光传感应用
技术领域
本发明属于荧光材料领域,具体涉及一种蓝光金属有机框架材料及其制备方法以及其对于水相中铅离子的荧光传感应用。
背景技术
铅离子作为一种最常见的有毒金属离子,通常在较低的浓度下就会对人体和环境造成巨大的危害。常规的检测方法如原子光谱分析法通常需要复杂的测试仪器及测试步骤,因此,开发简便高效的针对水相中铅离子的检测方法非常必要。作为金属有机框架(MOF)的分支,发光MOF(LMOF)可用于检测一些挥发性有机化合物、气体分子和离子(特别是金属阳离子)。与传统有机发光材料相比,LMOF具有结晶度高、结构组成多样、电子带隙可调以及稳定性高等优点。因此,设计合成新型的荧光MOF对于水相中铅离子的原位荧光传感研究有着重要意义。
发光金属有机框架材料(LMOF)是一种由金属和有机配体结合形成的有机无机杂化的结晶性发光材料。该材料被广泛应用于各种客体分子的荧光检测,通常其荧光强度的变化是最常见的检测信号。根据传感机制的不同,可主要可分为荧光增强和荧光淬灭。相比于荧光淬灭,荧光增强通常具有更好的特异性和选择性,因而在荧光传感应用中也更具有优势。
发明内容
本发明的目的是针对水相中铅离子的原位检测,提供一种稳定的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)及其简便的制备方法。基于针对铅离子的特异性荧光增强响应机制,该材料实现了水相中铅离子的高选择性荧光传感检测。
本发明所提供的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe),其化学式为[(AgBF4)2Me6BHS]n,其中n代表聚合度,其重复结构单元如式I所示:
Figure BDA0004055965790000011
其晶体学结构参数如表1所示:
表1
Figure BDA0004055965790000021
本发明所提供的稳定的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)的制备方法,包括下述步骤:(1)将适量Me6BHS与AgBF4按比例加入反应器中,加入乙醇使之充分分散;
(2)将步骤(1)得到的反应体系加热进行反应;
(3)待反应完毕,冷却至室温,过滤得到产物Ag-BHSMe。
所述方法还包括将得到的产物Ag-BHSMe依次用水、乙醇、二氯甲烷洗涤,然后再进行真空干燥的步骤。
上述方法步骤(1)中,Me6BHS和AgBF4的摩尔投料比可为1:6-1:8。
所述Me6BHS的结构式如式II所示:
Figure BDA0004055965790000022
上述方法步骤(2)中,所述反应的反应条件为:加热至80-120℃反应12-18小时。
本发明还保护上述稳定的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)在原位检测水相中铅离子中的应用。所述检测的检测方法为荧光传感检测。
本发明提供的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)对于水相中铅离子有着特异性荧光增强响应,因此可实现水相中铅离子的原位检测。
本发明还保护一种检测水相中铅离子浓度的方法。
本发明所提供的检测水相中铅离子浓度的方法,包括下述步骤:将本发明上述的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)分散于待测的含有铅离子的水溶液中,超声处理并静置2小时以上,然后进行荧光传感测试。
上述检测方法中,所述蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)与待测的含有铅离子的水溶液的配比为1-2mg:4mL。
上述检测方法中,所述超声处理的时间可为3分钟。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明首次报道了一种新型的蓝光MOF材料的制备方法以及其对于水相中铅离子的特异性荧光增强响应。基于AgBF4和Me6BHS通过简单的均相反应合成了稳定的具有高结晶性的二维蓝光MOF材料Ag-BHSMe,其可在环境条件下可稳定存在六个月以上。该材料在固态下表现出在400nm处的室温荧光发射和536nm处的低温磷光发射。此外,该材料对于水相中铅离子有着特异性的荧光增强响应,检测限可达10.9μgL-1,实现了水相中铅离子的高选择性原位检测。
附图说明
图1为制备Ag-BHSMe的合成步骤流程图。
图2为Ag-BHSMe的X射线衍射图谱及其与理论衍射图谱的比较图。
图3为Ag-BHSMe的表征结果图,其中,(a)为Ag-BHSMe多晶粒子的扫描电子显微镜(SEM)图片;(b)为Ag-BHSMe多晶粒子的透射电子显微镜(TEM)图片;(c)为Ag-BHSMe多晶粒子的光学显微镜图片;(d)Ag-BHSMe多晶粒子对应的共聚焦荧光显微镜图片。
图4为Ag-BHSMe多晶粒子固态下的变温光谱。
图5为Ag-BHSMe多晶粒子在不同浓度铅离子溶液中的荧光强度对比图。
图6为Ag-BHSMe多晶粒子在不同金属离子溶液中的荧光强度对比图。
图7为Ag-BHSMe多晶粒子的荧光强度与铅离子浓度的线性关系图。
图8为Ag-BHSMe多晶粒子放置六个月前后的X射线衍射对比图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1、新型的蓝光MOF材料(Ag-BHSMe)的制备及表征
1、制备过程
(1)配体Me6BHS的制备过程参考文献Adv.Sci.2019,6(9),1802235.中所报道的合成方法。
(2)分别称取29.2mg AgBF4和15.9mg Me6BHS加入至50ml的烧瓶中,加入搅拌磁子,然后加入30mL乙醇,开启搅拌使之充分分散。
(3)将体系升温至80摄氏度并保持反应12小时。
(4)带反应完毕,体系自然冷却至室温,关闭搅拌,静置。过滤,再分别用去离子水、乙醇和二氯甲烷各洗涤3次。所得固体置于真空干燥箱60摄氏度烘12小时,即得Ag-BHSMe。
2、Ag-BHSMe的表征及铅离子的荧光传感测试
将制备得到的Ag-BHSMe多晶粒子分别用于粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、共聚焦荧光显微镜及荧光光谱等测试。称取2mg所得Ag-BHSMe多晶粒子分别分散于含有不同浓度(10-4–10-2mol L-1)铅离子的水溶液(4mL)中,此外,将2mg样品加入10- 2mol L-1不同金属离子(M=Pb2+,Mn2+,Fe3+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Pd2+,Cd2+)的溶液(4mL)中作为对照,上述所有体系都要超声3分钟并静置2小时以上,使样品和待测溶液充分作用,然后进行荧光传感测试。
图2为Ag-BHSMe的X射线衍射图谱及其与理论衍射图谱的比较图。半峰宽窄说明该材料具有良好的结晶性,此外,理论和实验峰型非常吻合,这验证了材料的晶体结构的正确性。
图3中(a)和(b)分别为Ag-BHSMe多晶粒子的扫描电子显微镜(SEM)图片和透射电子显微镜(TEM)图片。从中可以看出其微观形貌为微米级别的多晶材料。图3中(c)和(d)分别为Ag-BHSMe多晶粒子的光学显微图和对应的共聚焦荧光显微图,这表明了该材料固态下的本征蓝光发射特性。
图4为Ag-BHSMe的变温光谱。该材料表现出双发射特性,常温下的最大荧光发射峰在400nm,低温77K下的最大磷光发射峰在536nm。
图5为Ag-BHSMe在不同浓度铅离子溶液中的荧光强度对比图。可以看出在10-4–10-2mol L-1的浓度范围内,Ag-BHSMe的荧光强度随着铅离子浓度的上升而增强。
图6为Ag-BHSMe在10-2mol L-1浓度下,不同离子溶液中的荧光强度对比图。可以看出在Ag-BHSMe的荧光强度只随着铅离子浓度的上升而增强,而其他对照离子(M=Mn2+,Fe3 +,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Pd2+,Cd2+)的荧光强度几乎不变。这表明了Ag-BHSMe对于铅离子的特异性荧光增强响应。
图7为Ag-BHSMe在荧光强度与铅离子浓度的线性关系图。可以看出在0.1-1mM的范围内,荧光强度和铅离子浓度有着良好的线性关系(斜率为977M-1,R 2=0.991),计算出检测限为10.9μg L-1
图8为Ag-BHSMe多晶粒子放置六个月前后的X射线衍射对比图谱。可以看出该材料在放置六个月之后XRD谱图并未发生改变,说明该材料可以在空气中长期稳定存在。

Claims (10)

1.一种蓝光MOF材料Ag-BHSMe,其化学式为[(AgBF4)2Me6BHS]n,其中n代表聚合度,其重复结构单元如式I所示:
Figure FDA0004055965780000011
2.根据权利要求1所述的蓝光MOF材料Ag-BHSMe,其特征在于:所述Ag-BHSMe的晶体学结构参数如下所示:
Figure FDA0004055965780000012
3.权利要求1或2所述蓝光MOF材料Ag-BHSMe的制备方法,包括下述步骤:
(1)将Me6BHS与AgBF4按比例加入反应器中,加入乙醇使之充分分散;
(2)将步骤(1)得到的反应体系加热进行反应;
(3)待反应完毕,冷却至室温,过滤得到产物Ag-BHSMe。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,Me6BHS和AgBF4的摩尔投料比为1:6-1:8。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述反应的反应条件为:加热至80-120℃反应12-18小时。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述方法还包括将得到的产物Ag-BHSMe依次用水、乙醇、二氯甲烷洗涤,然后再进行真空干燥的步骤。
7.权利要求1或2所述的蓝光MOF材料Ag-BHSMe在原位检测水相中铅离子中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于:所述检测的检测方法为荧光传感检测。
9.一种检测水相中铅离子浓度的方法,包括下述步骤:将本发明权利要求1或2所述的蓝光MOF材料Ag-BHSMe分散于待测的含有铅离子的水溶液中,超声处理并静置2小时以上,然后进行荧光传感测试。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:所述所述蓝光MOF材料Ag-BHSMe与待测的含有铅离子的水溶液的配比为1-2mg:4mL。
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