化學發光微反應器一種多功能集成的MOFs材料實現持續的光發射
發布時間：2020-08-28 作者：harry 分享到：
化學發光系統由于具有高發光效率、**的單色性以及易于操作的特點，引起了國內外研究者的廣泛關注，并在生物傳感、原位成像以及應急光源等領域表現出巨大的應用價值。然而在具體應用過程中，為降低檢測限和提高傳感過程中的靈敏度，對化學發光系統的強度和持久性提出了更高的要求。目前，已知的強化學發光體系都以閃光式光發射過程為主，發光時間通常限制在1-120s范圍內，限制了其應用領域的進一步拓展。
從機理角度分析，化學發光過程一般可拆分為三個主要的反應步驟：1、催化過程，催化活性中心催化高能化學物種（如：H2O2）產生OH?和O2??自由基；2、能量轉移過程，電子和能量從自由基轉移到光活性中心產生激發的生色團（F*）；3、光發射過程，F*從激發態躍遷到基態實現光發射。常見的化學發光系統為溶劑體系，如上圖A過程所示，催化活性中心和光活性中心都溶解在溶劑中，由于催化中心和光活性中心距離較遠導致了自由基的損耗以及自由光活性中心的弛豫，因此溶劑系統的能量傳遞效率通常較低。此外，溶解的催化活性中心會快速的消耗加入的H2O2分子，導致閃光式的光發射過程。為進一步提升化學發光性能，科學家們開發了功能性簇合物化學發光系統，如上圖B所示。通過系列鍵合作用力（共價鍵、配位鍵）以及分子間作用力（氫鍵、范德華力、靜電吸附等），將自由的光活性中心固定到催化活性中心的表面，形成穩定的功能性簇結構。簇結構不僅可以**縮短自由基的傳遞路徑，還可以減弱自由光發射中心的弛豫現象，從而提高能量利用效率，實現光發射的增強。但是簇合物體系由于無法**控制反應介質的擴散速度，因此其發光強度沒有**的得到提升。
中國石油大學（華東）孫道峰課題組合成了具有四個甲氧基供電子的蒽基配體（H4LLOMe, 4?,4???- (2,3,6,7-tetramethoxyanthracene-9,10-diyl)bis([1,1?-biphenyl]-3,5-dica-rboxylic acid)）,再利用晶體工程原理，與Ba2+離子構筑了具有一維菱形孔道的框架結構UPC-2。通過晶體材料的自組裝過程，成功將催化活性中心、光活性中心和可控的孔結構集成在框架內部，成功構筑了功能性的化學發光微反應器。該微反應器不僅可**發揮簇結構化學發光系統的優勢，還可以通過MOFs孔結構的調節作用控制反應介質的擴散速度，實現了且持續的化學發光過程。作者測試發現，UPC-2的化學發光強度是UPC-3（由H4LLOMe與Ba2+離子組裝得到無孔結構）發光強度的20倍，且其發光時間可以持續540 min。此外作者還對其應用和反應機理進行了相關探索，證實了其催化反應過程為擴散控制過程，并給出了相關的化學發光反應機理。研究者相信，此項研究將會為高性能化學發光材料的研發提供一條**路徑，并為MOFs材料的定向設計和應用拓展提供新的思路。相關論文在線發表在Advanced Scinece (DOI: 10.1002/advs.202000065)上，**作者為肖振宇博士和王雨桐，通訊作者為孫道峰教授。
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