共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一类由有机结构单元通过共价键连接而成的晶态有机多孔材料[1].相较于共轭微孔聚合物(CMP)[2]、多孔芳香骨架(PAF)[3]、超交联聚合物(HCP)[4]等无定形有机多孔材料而言, COFs具有以下特点:首先, COFs具有良好的结晶性, 其结构可通过X射线衍射及电子衍射等表征手段进行有效地解析, 有利于研究者对COFs构效关系的理解.其次, COFs具有极强的可设计性, 研究者除可通过丰富的有机合成手段对其有机组分进行设计、合成, 还可通过框架化学对COFs骨架进行设计, 进而实现COFs的定向构筑与功能化.此外, COFs作为一种由轻元素(如C, H, N等)组成的高孔隙率骨架结构, 具有较低的密度(低至0.13 g·cm-3)和较高的比表面积(可达5083 cm2·g-1)[5].因此, 自2005年Yaghi等[6]报道首例COF以来, COFs已在分子吸附与分离[7]、催化[8]、光电[9]、传感[10]及能源[11]等领域展现出了广阔的应用前景, 取得了重要的研究进展.
近年来, COFs作为一种稳定性高、可设计性强的晶态有机多孔材料, 在传感领域表现出很多独特的优势: (1)利用COFs可设计性强的特点, 研究者可将特定功能基元引入到其骨架中, 实现目标分析物的选择性检测; (2) COFs规整开放的孔道结构有利于目标分析物同作用位点接触, 实现传感过程; (3)由共价键连接而成的COFs具有良好的稳定性, 可在传感过程中保持结构的完整, 实现材料的重复利用.基于上述优势, COFs材料在传感领域中的应用已取得了一系列进展[10].
目前, COFs领域的综述主要关注了COFs的结构设计与合成以及其综合性应用[1, 12].相比之下, 单独关注某一领域(如能源存储[11d, 11e]、催化[8e]以及传感[10d])的综述较少.为此, 本综述对COFs在传感领域中的应用研究进行了文献综述, 并对其未来趋势和主要挑战进行总结和展望, 以期为COFs在传感领域的发展提供新思路.
传感是根据探针与目标分析物接触所产生的物理化学性质的变化实现分析对象的检测, 在食品与社会安全的控制及疾病的检测中具有重要的意义.一般而言, 当检测物同COFs连接键或功能基元发生作用时, COFs本身颜色及光电性质发生一定改变, 根据这些性质的改变, 即可实现目标分析物的检测[13].本部分根据COFs传感对象进行分类, 分别对COFs在爆炸物传感、湿度传感、金属离子传感、pH传感、生物传感、气体传感等应用中的研究进展进行总结.
爆炸物在人类对生活环境的改造过程中起到了无可比拟的作用, 但同时也给社会的安定带来了重大的威胁.因此, 发展高效、快速和灵敏的爆炸物检测方法对恐怖分子的控制及社会安全的保障具有重要的意义. COFs因其结构和功能的可设计性在爆炸物传感领域中已展现出了重大潜力.本部分将对COFs在爆炸物传感方面的应用进行总结与概括.
荧光传感具有响应快速和检测灵敏等特点, 是一种爆炸物检测的重要方法.引入发光基团, 构筑具有良好发光性能的COFs, 是COFs在传感应用中的常用方法[14]. 2013年, Jiang等[14d]将具有良好发光性能的1, 3, 6, 8-四(4-甲醛基苯基)芘作为前体, 在溶剂热条件下构筑了具有良好发光性能的二维COF (Py-Azine, 图 1a).研究发现, 当Py-Azine乙腈悬浮液中加入70 mg· L－1检测物时, Py-Azine的荧光可被2, 4, 6-三硝基苯酚(TNP)有效猝灭(69%, 图 1b).而当检测物为2, 4-二硝基苯酚(DNP)、2, 4-二硝基甲苯(DNT)、2-硝基苯酚(NP)以及2-硝基甲苯(NT)时, Py-Azine的荧光仅能分别猝灭13%, 5%, 3%及3%(图 1c).上述结果表明Py-Azine可用于爆炸物TNP的选择性传感. Jiang等认为检测物分子中的酚羟基与Py-Azine中氮原子形成氢键, 使COFs的π电子密度降低, 荧光被猝灭; 而TNP的三个硝基进一步降低了COFs的π电子密度, 使Py-Azine对其表现出较高的响应性与选择性.
尽管荧光二维COFs表现出了良好的传感特性, 其层与层之间的π-π堆积却在一定程度上限制了其荧光性能以及COFs与客体分子间的相互作用[14a].为此, Banerjee等[10a]通过超声剥离的方法, 将二维COF (TfpBDH)进行液相剥离, 制备了基于亚胺键的二维共价有机纳米片(TfpBDH-CONs).荧光测试发现, TfpBDH-CONs荧光性能较TfpBDH大幅提升.进一步实验结果表明, TfpBDH-CONs对TNP可分别展现出独特的荧光猝灭增强传感性能.当TfpBDH-CONs处于分散状态时, TNP可与其形成主客体氢键, 猝灭其荧光.而当TfpBDH-CONs处于聚集态时, TNP可通过对其亚胺键中氮原子的质子化作用使其荧光增强.此外, 在胺蒸气(TEA)作用下与TNP作用后的TfpBDH-CONs黄色试纸会在几秒内恢复到其初始灰色, 实现可逆检测.
此外, 将荧光基团引入三维COFs也可构筑具有较好荧光性能的COFs, 进而用于爆炸物传感. 2016年, 汪成等[14e]利用四面体和平面四边形的前体, 通过[4+4]缩合反应成功合成了第一例三维荧光COF (3D-Py-COF) (图 2a, 2b).研究发现, 3D-Py-COF具有较强的黄绿色荧光, 在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)悬浮液中最大发射波长为484 nm (λex＝408 nm).此外, 苦味酸(PA)对3D-Py-COF的荧光具有明显的猝灭效果, 且随着苦味酸浓度的增加荧光猝灭效果逐渐增加; 当PA浓度增加至20 mg·L－1时, 75%以上COF荧光被猝灭, 猝灭常数为3.1× 104 L·mol-1(图 2c, 2d).该工作通过新策略合成了第一例荧光三维COF, 对三维COFs的发展具有重要意义.随后, 他们构筑了三维四苯乙烯COF (3D-TPE-COF), 同样也可以用于PA的检测[9e].
环境湿度的检测和控制对人类的生产和生存具有重要的意义.而传统的湿度检测方法(如卡尔·费休滴定法和色谱法等)操作繁琐、分析时间长, 不利于湿度的快捷检测[15]. COFs在传感中具有读取方便、响应快速以及可重复使用等诸多优势, 已在该领域展现出了巨大潜力[16].本部分将对COFs在湿度传感方面的应用进行讨论.
COFs在不同湿度下展现出的性质(如颜色)改变, 可用于湿度的检测. 2013年, 刘习奎等[16c]以2, 6-二醛基-1, 5-二羟基萘(DHNDA)与2, 4, 6-三(4-氨基苯基)吡啶(TAPP)为前体合成了COF微球, 并通过溶解-重结晶的方法实现了COF微球到纳米纤维的转变, 随后将其生长到聚酰胺微纤维的表面, 制备了具有比色湿度响应的功能化COF纳米纤维/芳纶织物(图 3a).测试发现, 该复合物在干燥气氛[相对湿度(RH)为20%]中显示橙黄色, 而随着相对湿度的增加(20%~100%), COFs骨架发生一定程度醇酮异构, 复合物颜色逐渐从橙黄色变为橙红色, 可用于环境湿度的肉眼可见检测(图 3b).
此外, 通过COFs阻抗性能的变化也可实现环境湿度的检测. 2017年, Pal等[16d]通过硼酸酯缩合反应合成了基于Truxene的COF-TXDBA, 湿度传感结果表明, COF-TXDBA所处环境相对湿度从11%增加到98%时, 其阻抗产生3个数量级的变化, 响应时间和恢复时间分别为37和42 s. Pal等认为, 当空气中湿度较低时, 水分子与COF-TXDBA中的硼酸酯连接键发生相互作用, 吸附于COF表面形成间断的水分子层, 水分子运动受阻, 阻抗较高; 当湿度升高时, 水分子会在COF孔道中聚集形成质子传输通道, 从而使其阻抗大大降低.
除了对空气中湿度的检测, COFs还可用于有机溶剂中水份含量的检测. 2017年, 严秀平等[16e]选用富含羟基的2, 5-二羟基对苯二甲醛与4, 4', 4''-(1, 3, 5-三嗪-2, 4, 6-三基)三苯胺为前体构筑了COF-TzDa, 该COF中所存在羟基可与亚胺键中的氮原子形成分子内氢键.当COF-TzDa与水分子接触时, 水分子与羟基产生竞争效应, 破坏分子内氢键, 使COF-TzDa的荧光性能发生改变, 从而实现水分子的传感.值得一提的是, 该COF因分子内电荷转移(ICT)和激发态分子内质子转移(ESIPT)效应具有两个主要的荧光发射波长, 均对水分子表现出灵敏的荧光响应行为, 可用于有机溶剂中水分含量的比率型荧光检测.有机溶剂中水分含量的增加, 不仅可破坏羟基与氮原子之间的分子内氢键, 使得COF 590 nm处荧光增强; 还可破坏原有ICT过程, 使得COF 500 nm处荧光减弱.此外, 严秀平等发现所检测结果与气相色谱法结果无明显差异, 说明COF-TzDa可用于有机溶剂中水分含量的准确检测, 具有潜在的应用前景.
重金属具有较高的毒性且极易在生物体内富集, 使用过程中的痕量释放就会导致多种严重疾病.因此, 重金属离子的痕量检测对环境的监测和食品安全的控制至关重要[17].根据COFs的可设计性, 可将与重金属离子具有相互作用的功能基团引入到COFs孔道中, 进而实现重金属离子的传感[18].此外, COFs在水相中对重金属离子进行检测的过程展现出优越的稳定性, 并可循环使用.
金属汞在生物医疗与日常生活中均有着广泛的应用, 但其泄露和污染对公众环境产生了巨大威胁, 其痕量监测和去除具有重要意义.为此, 可将与Hg2+强相互作用的硫醇(醚)引入到COFs孔道中, 构筑对Hg2+具有很好识别性能的COFs材料[10b, 18a]. 2016年, 王为等[10b]通过酰腙键构筑了孔道内修饰有硫醚功能基团的荧光COF-LZU8, 将其用于Hg2+吸附测试发现, COF-LZU8与Hg2+作用之后荧光被猝灭, 且在浓度为6 mg/L的Hg2+溶液中荧光猝灭效率高达83%.此外, COF-LZU8对Hg2+的吸附量可达236 mg·g-1, 表明COF-LZU8实现Hg2+传感的同时进行有效去除(图 4a, 4b).值得一提的是, COF-LZU8具有良好的稳定性, 可用于多种复杂水质中Hg2+的吸附, 并在吸附/脱附3次循环后保持框架的完整, 具备一定的应用前景(图 4c).
近日, 邱建丁等[18a]构筑了基于碳酰肼链接键的二维荧光TFPPy-CHYD, 并将其用于Hg2+的高效选择性检测, 检测限可达3 g/L.
此外, COFs还可用于Cu2+[19]等金属离子的检测.如2016年, 刘晓明等[19]以1, 3, 5-三(3'-叔丁基-4'-羟基-5'-苯甲醛基)苯和水合肼为前体构筑了用于Cu2+传感的荧光COF-JLU3(图 5a~5c).研究结果表明, COF-JLU3对Cu2+的检出限为19 mg·L－1, 且其在2.0 equiv. Cu2+溶液中, 发光强度降低81.7%(图 5d).此外, 得益于COF-JLU3优异的结晶性、较高的孔隙率、良好的发光效率及大量的作用位点, COF-JLU3对Cu2+离子具有很好的灵敏度与选择性.
除可用于重金属阳离子的检测, COFs还可用于重金属氧酸盐阴离子的传感.最近, 施展等[20]设计并合成了具有荧光性能的COF-TT.研究发现, Fe3+等阳离子可通过路易斯酸碱相互作用与COF-TT骨架发生电子交换, 使其荧光猝灭.而CrO42－, Cr2O72－和MnO4－等阴离子则可吸收COF-TT中大部分有机配体的激发能, 从而使其荧光减弱甚至猝灭, 以此用于Fe3+, CrO42－, Cr2 O72－和MnO4－等离子的传感.值得一提的是, COF-TT在pH约为2至14范围内表现出极高的化学稳定性, 具有潜在的实际应用价值.
环境中pH的改变对天气和土壤等均会产生巨大影响[21](如酸雨和土壤酸化).此外, pH也是食品、药品和饮用水等产品的重要指标[22].本节将对COFs在pH传感中的应用进行总结与讨论[23].
2016年, 刘晓明等[23a]利用框架中氮原子的质子化/去质子化过程首次报道了可用于pH传感的COF (COF-JLU4).研究发现, COF-JLU4的发射波长和强度可在pH 0.9~13.0范围内呈现连续变化, 且其位于428 nm处的荧光强度随着环境中pH的降低而逐渐升高. COF总体的荧光强度则在pH为9.0~13.0以及0.9~4.5的区间内有一定的线性关系, 且随着pH的降低而出现明显的升高.此外, COF-JLU4在pH荧光传感过程中还表现出良好的可重复使用性.
为进一步探索COFs在pH快捷检测中的潜在应用, 王殳凹等[23b]将酚羟基引入到COFs中合成了8-羟基喹啉功能化的COF-HQ(图 6a).研究发现, COF-HQ在水和酸性溶液中均表现出良好的稳定性, 可用于各种水体环境中的pH检测.此外, 检测结果表明, 当pH＝1时, COF-HQ的荧光完全猝灭; 在pH值为1~5的溶液中, COF-HQ的荧光强度随着pH的升高而增强, 并显示出良好的线性关系(R2＝0.979, 图 6b).值得注意的是, COF-HQ在检测过程中展现出肉眼可见的颜色变化(从黄色变为黑色, 图 6d), 且在五次循环实验中保持骨架完整, 说明该COF可用于pH的肉眼可见快捷检测.
生物体内各种生物分子的表达水平对生命活动的揭示具有重要作用, COFs在这些生物分子的传感中也具有潜在应用[24].本节将对COFs材料在生物传感方面的应用进行综述.
表皮生长因子受体(EGFR)是一种跨膜蛋白, 其异常表达通常与肺癌、乳腺癌、前列腺癌等癌症相关[25].因此, 开发可用于EGFR表达水平原位检测的材料具有重大意义. 2019年, 刘仲毅课题组[26]报道了具有优异的电化学活性、良好的生物相容性和低毒性的卟啉基COF (p-COF), 并以此为基础构筑了可用于EGFR和人乳腺癌细胞MCF-7超灵敏检测的电化学适体传感器.电化学实验结果表明, 基于p-COF的适体传感器对EGFR的检测限低至5.64 fg·mL-1(差分脉冲伏安法)和7.54 fg·mL-1(电化学阻抗法), 对MCF-7的检测限为61 cell mL-1.此外, p-COF适体传感器同时表现出优异的选择性、良好的稳定性、可重复性以及在人血清样品中的适用性.该研究表明, 以COFs材料为基础构筑的生物传感器可为目标癌症标志物的检测提供新的思路.
硫化氢(H2S)作为生命体内一种重要的信号分子[27], 在神经退行性疾病、衰老和肿瘤扩散等生理过程中发挥着至关重要的作用. 2018年, 张晓兵等[27]利用后合成修饰策略将双光子荧光探针NPHS引入到COF中, 构筑了具有低细胞毒性、出色的光稳定性和长期生物成像能力的TpASH-NPHS, 并通过超声剥离的方法进一步构筑了纳米尺度的生物传感器.与另外一种已报道的H2S小分子荧光探针CNPHS相比, TpASH-NPHS不仅在体外试验中表现出更好的稳定性及相似的传感性能, 还可通过其孔道的尺寸(1.3 nm)限制细胞内酶的进入从而排除其对H2S检测的干扰(图 7a).此外, TpASH-NPHS作为一种新型双光子荧光探针, 可在近红外光谱(NIR)的激发下实现活体细胞以及深层组织中H2S的检测和成像, 在大大减少细胞自体荧光的影响和对组织伤害的同时增加了组织穿透深度(图 7b, 7c).此研究表明, 荧光COFs纳米探针在生物传感和纳米医学等研究领域具有重大的应用前景.
核酸检测[28]在基因工程和生物医学领域具有重要作用. 2017年, Zhang等[29]通过柔性单元的引入构筑了层间堆叠作用较弱的TPA-COF, 并通过简单的方式高产率制备了超薄二维纳米薄片(TPA-COF NSs).随后, Zhang等设计了H1(染料标记)和H2两种发夹型DNA探针, 通过π-π相互作用, H1和H2可吸附在TPA-COF NSs表面, 使染料荧光猝灭, 从而作为DNA的荧光检测探针.当存在目标DNA时, 探针产生与TPA-COF NSs相互作用较弱的双链DNA, 从TPA-COF NSs表面离去, 使染料荧光恢复, 从而实现目标DNA的检测.检测结果表明, 基于TPA-COF NSs所构筑探针的荧光强度与目标DNA在0~1 nmol/L浓度范围内呈良好的线性正相关, 检出限为20 pmol/L, 优于或与大多数基于二维纳米材料的荧光DNA传感器相当, 说明COFs在核酸检测中也具有较好的应用前景.类似地, 严秀平等[30]也将COF用于DNA的荧光增强检测.
挥发性气体如富电子芳烃类分子及酸碱类腐蚀性气体(HCl, NH3)等都极易在空气中扩散, 危害生态环境和人类健康[31]. COFs作为一种可设计性强的有机多孔材料, 有利于气体分子进入孔道中, 进而与COFs骨架中的功能基团发生作用, 实现气体传感过程[32].本部分将对COFs在气体传感方面的应用进行综述.
根据主客体相互作用, COFs本身性质在气体分子进入孔道中与功能位点作用后发生变化, 利用该性质的变化即可实现气体分子的传感. 2015年, 郑企雨等[32a]利用三嗪衍生物构筑了荧光TAT-COF-2.研究发现, TAT-COF-2对富电子芳烃气体分子和缺电子芳烃气体分子分别显示出快速的荧光增强和猝灭行为.室温环境下, TAT-COF-2薄层样品置于饱和富电子芳烃蒸气中时, 富电子芳烃气体分子的电子云可能流向TAT-COF-2, 使其荧光明显增强; 而当TAT-COF-2薄层样品置于饱和缺电子芳烃蒸气中时, TAT-COF-2电子云可能流向缺电子芳烃气体分子, TAT-COF-2荧光减弱, 从而实现芳烃气体分子的传感.
此外, COFs还可用于挥发性酸碱气体的检测. 2019年, Bojdys等[32b]通过三嗪环为核心的前体构筑了β-氨基烯酮连接的PBHP-TAPT COF.研究发现, HCl气体分子进入PBHP-TAPT COF的孔道中可使骨架中的三嗪功能单元质子化, 进而使PBHP-TAPT COF π电子云密度发生改变, 颜色由橙色加深至红色, 电导率提高两个数量级.而将HCl蒸气接触后的PBHP-TAPT COF样品置于NH3蒸气中时, PBHP-TAPT COF的性质又可恢复(图 8a~8c), 且该过程在PBHP-TAPT COF结构完整的条件下可重复进行至少5次, 表明COFs可潜在用于挥发性酸碱气体的实时传感.最近, 赵新等[33]利用四苯乙烯为核心的前体和对苯二胺, 也成功构筑了对HCl/NH3具有响应性的COF, 并将其用于酸碱气体分子的检测.类似地, 郝策等[34]也探究了Ph-An-COF对NH3蒸气传感原理的理论模拟.
除对挥发性芳香分子和酸碱气体分子的检测, 通过功能化定向设计, COFs还可用于特定气体分子的传感. 2019年, 章伟光等[35]合成了具有羟基的BABE-TFPy COF, 并将其涂覆到石英晶体微天平(QCM)表面, 构筑了对芥子气(2-chloroethyl ethyl sulfide, CEES)具有传感能力的传感器.为探究该QCM传感器的检测范围, 章伟光等选定40 ℃为试验条件, 探究了不同涂层量下响应程度与CEES浓度之间的关系.实验结果表明, 所构筑传感器可对5.6~39.5 mg/L浓度范围内的CEES选择性地快速检测.且当CEES浓度为5.6~19.7 mg/L时, 该传感器的传感信号与CEES蒸气浓度之间表现出良好的线性关系[相关系数(R2)为0.993], 检测限可达0.96 mg/L.此外, 该传感器不仅对CEES表现出较高的选择性, 还可至少循环使用3次.章伟光等认为CEES所存在的硫醚基团以及氯原子可与BABE-TFPy COF骨架形成特殊的双重氢键, 从而使该传感器对CEES展现出优异选择性.
共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)作为一种新型的有机多孔材料, 因其规整开放的孔道结构、优异的稳定性、较高的比表面积以及较强的可设计性, 已在传感领域的应用中取得了一系列进展(图 9).
本文主要综述了COFs在爆炸物传感、湿度传感、金属离子传感、pH传感、生物传感、气体传感等领域中的研究进展.尽管COFs在传感领域的应用中展现出了较好的设计性、较高的稳定性及循环检测性等独特优势, 但不可否认COFs在传感领域的应用还存在以下挑战: (1)怎样构筑具有较高荧光量子产率的COFs？目前所报道的荧光COFs数量较少, COFs的荧光量子产率普遍较低. (2)如何进一步增加COFs的传感性能？COFs的传感性能与小分子相比, 仍有待进一步提高. (3)能否进一步提高COFs与其他材料的复合性？将COFs剥离成薄片或将其制备成薄膜有利于其更好的同其他材料复合, 有利于克服COFs本身的缺陷并提升COFs在传感中的应用.
总之, COFs作为一种具有重大潜力且快速发展的新型晶态有机多孔材料, 其在传感领域表现出了广阔的应用前景.相信随着更多化学、物理和材料学家的加入, COFs领域将取得重大进展, 同时将有更多灵敏度高、选择性好和循环稳定性强的COFs传感器出现, 不断推动传感领域的发展.
(a) Ding, S. Y.; Wang, W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 548.
(b) Diercks, C. S.; Yaghi, O. M. Science 2017, 355, 923.
(c) Chen, X.; Geng, K.; Liu, R.; Tan, K. T.; Gong, Y.; Li, Z.; Tao, S.; Jiang, Q.; Jiang, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5050.
Cooper, A. I. Adv. Mater. 2009, 21, 1291. doi: 10.1002/adma.200801971
Yuan, Y.; Zhu, G. ACS Cent. Sci. 2019, 5, 409. doi: 10.1021/acscentsci.9b00047
Tan, L.; Tan, B. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 3322. doi: 10.1039/C6CS00851H
Baldwin, L. A.; Crowe, J. W.; Pyles, D. A.; McGrier, P. L. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15134. doi: 10.1021/jacs.6b10316
Côté, A. P.; Benin, A. I.; Ockwig, N. W.; O'Keeffe, M.; Matzger, A. J.; Yaghi, O. M. Science 2005, 310, 1166. doi: 10.1126/science.1120411
(a) Li, Y.; Ben, T.; Qiu, S. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 605 (in Chinese).
(李艳强, 贲腾, 裘式纶, 化学学报, 2015, 73, 605.)
(b) Zeng, Y.; Zou, R.; Zhao, Y. Adv. Mater. 2016, 28, 2855.
(c) Yuan, S.; Li, X.; Zhu, J.; Zhang, G.; Van Puyvelde, P.; Van der Bruggen, B. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 2665.
(d) Gao, C.; Li, J.; Yin, S.; Lin, G.; Ma, T.; Meng, Y.; Sun, J.; Wang, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 9770.
(a) Xu, H. S.; Ding, S. Y.; An, W. K.; Wu, H.; Wang, W. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11489.
(b) Han, X.; Xia, Q.; Huang, J.; Liu, Y.; Tan, C.; Cui, Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8693.
(c) Wei, P. F.; Qi, M. Z.; Wang, Z. P.; Ding, S. Y.; Yu, W.; Liu, Q.; Wang, L. K.; Wang, H. Z.; An, W. K.; Wang, W. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4623.
(d) Chen, R.; Shi, J. L.; Ma, Y.; Lin, G.; Lang, X.; Wang, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 6430.
(e) Sharma, R. K.; Yadav, P.; Yadav, M.; Gupta, R.; Rana, P.; Srivastava, A.; Zbořil, R.; Varma, R. S.; Antonietti, M.; Gawande, M. B. Mater. Horiz. 2020, 7, 411.
(a) Bertrand, G. H.; Michaelis, V. K.; Ong, T. C.; Griffin, R. G.; Dinca, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 4923.
(b) Dogru, M.; Handloser, M.; Auras, F.; Kunz, T.; Medina, D.; Hartschuh, A.; Knochel, P.; Bein, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 2920.
(c) Bessinger, D.; Ascherl, L.; Auras, F.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12035.
(d) Jin, E.; Asada, M.; Xu, Q.; Dalapati, S.; Addicoat, M. A.; Brady, M. A.; Xu, H.; Nakamura, T.; Heine, T.; Chen, Q.; Jiang, D. Science 2017, 357, 673.
(e) Ding, H.; Li, J.; Xie, G.; Lin, G.; Chen, R.; Peng, Z.; Yang, C.; Wang, B.; Sun, J.; Wang, C. Nat. Commun. 2018, 9, 5234.
(a) Das, G.; Biswal, B. P.; Kandambeth, S.; Venkatesh, V.; Kaur, G.; Addicoat, M.; Heine, T.; Verma, S.; Banerjee, R. Chem. Sci. 2015, 6, 3931.
(b) Ding, S. Y.; Dong, M.; Wang, Y. W.; Chen, Y. T.; Wang, H. Z.; Su, C. Y.; Wang, W. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3031.
(c) Li, Z.; Huang, N.; Lee, K. H.; Feng, Y.; Tao, S.; Jiang, Q.; Nagao, Y.; Irle, S.; Jiang, D. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12374.
(d) Liu, X.; Huang, D.; Lai, C.; Zeng, G.; Qin, L.; Wang, H.; Yi, H.; Li, B.; Liu, S.; Zhang, M.; Deng, R.; Fu, Y.; Li, L.; Xue, W.; Chen, S. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 5266.
(a) Liao, H.; Ding, H.; Li, B.; Ai, X.; Wang, C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 8854.
(b) Wang, S.; Wang, Q.; Shao, P.; Han, Y.; Gao, X.; Ma, L.; Yuan, S.; Ma, X.; Zhou, J.; Feng, X.; Wang, B. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4258.
(c) Mulzer, C. R.; Shen, L.; Bisbey, R. P.; McKone, J. R.; Zhang, N.; Abruna, H. D.; Dichtel, W. R. ACS Cent. Sci. 2016, 2, 667.
(d) Zhou, J.; Wang, B. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 6927.
(e) Peng, Z.; Ding, H.; Chen, R.; Gao, C.; Wang, C. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 681 (in Chinese).
(彭正康, 丁慧敏, 陈如凡, 高超, 汪成, 化学学报, 2019, 77, 681.
(a) Kandambeth, S.; Dey, K.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1807.
(b) Chen, X.; Geng, K.; Liu, R.; Tan, K. T.; Gong, Y.; Li, Z.; Tao, S.; Jiang, Q.; Jiang, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 2.
(c) Zhou, B.; Chen, L. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 487 (in Chinese).
(周宝龙, 陈龙, 化学学报, 2015, 73, 487.
(a) Wan, S.; Guo, J.; Kim, J.; Ihee, H.; Jiang, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8826.
(b) Dalapati, S.; Gu, C.; Jiang, D. Small 2016, 12, 6513.
(c) Dong, J.; Li, X.; Peh, S. B.; Yuan, Y. D.; Wang, Y.; Ji, D.; Peng, S.; Liu, G.; Ying, S.; Yuan, D.; Jiang, J.; Ramakrishna, S.; Zhao, D. Chem. Mater. 2018, 31, 146.
(d) Dalapati, S.; Jin, E.; Addicoat, M.; Heine, T.; Jiang, D. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5797.
(a) Zhang, W.; Qiu, L. G.; Yuan, Y. P.; Xie, A. J.; Shen, Y. H.; Zhu, J. F. J. Hazard. Mater. 2012, 221, 147.
(b) Gao, Q.; Li, X.; Ning, G. H.; Leng, K.; Tian, B.; Liu, C.; Tang, W.; Xu, H. S.; Loh, K. P. Chem. Commun. 2018, 54, 2349.
(c) Kaleeswaran, D.; Vishnoi, P.; Murugavel, R. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 7159.
(d) Dalapati, S.; Jin, S.; Gao, J.; Xu, Y.; Nagai, A.; Jiang, D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17310.
(e) Lin, G.; Ding, H.; Yuan, D.; Wang, B.; Wang, C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302.
(f) Pang, C.; Luo, S.; Hao, Z.; Gao, J.; Huang, Z.; Yu, J.; Yu, S.; Wang, Z. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 2606 (in Chinese).
(庞楚明, 罗时荷, 郝志峰, 高健, 黄召昊, 余家海, 余思敏, 汪朝阳, 有机化学, 2018, 38, 2606.
(a) Sikarwar, S.; Yadav, B. C. Sens. Actuator, A 2015, 233, 54.
(b) Yeo, T. L.; Sun, T.; Grattan, K. T. V. Sens. Actuator, A 2008, 144, 280.
(a) Jhulki, S.; Evans, A. M.; Hao, X. L.; Cooper, M. W.; Feriante, C. H.; Leisen, J.; Li, H.; Lam, D.; Hersam, M. C.; Barlow, S.; Bredas, J. L.; Dichtel, W. R.; Marder, S. R. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 783.
(b) Ascherl, L.; Evans, E. W.; Hennemann, M.; Di Nuzzo, D.; Hufnagel, A. G.; Beetz, M.; Friend, R. H.; Clark, T.; Bein, T.; Auras, F. Nat. Commun. 2018, 9, 3802.
(c) Huang, W.; Jiang, Y.; Li, X.; Li, X.; Wang, J.; Wu, Q.; Liu, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 8845.
(d) Singh, H.; Tomer, V. K.; Jena, N.; Bala, I.; Sharma, N.; Nepak, D.; De Sarkar, A.; Kailasam, K.; Pal, S. K. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 21820.
(e) Qian, H. L.; Dai, C.; Yang, C. X.; Yan, X. P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 24999.
(a) Bao, B.; Ma, M.; Fan, Q.; Wang, L.; Huang, W. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 1379 (in Chinese).
(鲍碧清, 马明风, 范曲立, 汪联辉, 黄维, 化学学报, 2013, 71, 1379.)
(b) Hu, C.; Huang, D.; Zeng, G.; Cheng, M.; Gong, X.; Wang, R.; Xue, W.; Hu, Z.; Liu, Y. Chem. Eng. J. 2018, 338, 432.
(a) Cui, W. R.; Jiang, W.; Zhang, C. R.; Liang, R. P.; Liu, J; Qiu, J. D. ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 445.
(b) Chen, G.; Lan, H. H.; Cai, S. L.; Sun, B.; Li, X. L.; He, Z. H.; Zheng, S. R.; Fan, J.; Liu, Y.; Zhang, W. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 12830.
(c) Wang, T.; Xue, R.; Chen, H.; Shi, P.; Lei, X.; Wei, Y.; Guo, H.; Yang, W. New J. Chem. 2017, 41, 14272.
(d) Zhou, Z.; Zhong, W.; Cui, K.; Zhuang, Z.; Li, L.; Li, L.; Bi, J.; Yu, Y. Chem. Commun. 2018, 54, 9977.
(e) Zhang, T.; Gao, C.; Huang, W.; Chen, Y.; Wang, Y.; Wang, J. Talanta 2018, 188, 578.
(f) Wang, R.; Ji, W.; Huang, L.; Guo, L.; Wang, X. Anal. Lett. 2019, 52, 1757.
Li, Z.; Zhang, Y.; Xia, H.; Mu, Y.; Liu, X. Chem. Commun. 2016, 52, 6613. doi: 10.1039/C6CC01476C
Li, M.; Cui, Z.; Pang, S.; Meng, L.; Ma, D.; Li, Y.; Shi, Z.; Feng, S. J. Mater. Chem. C 2019, 7, 11919. doi: 10.1039/C9TC03265G
Zafar, S.; D'Emic, C.; Afzali, A.; Fletcher, B.; Zhu, Y.; Ning, T. Nanotechnology 2011, 22, 405501. doi: 10.1088/0957-4484/22/40/405501
Liu, Y. Y.; Wu, M.; Zhu, L. N.; Feng, X. Z.; Kong, D. M. Chem. Asian J. 2015, 10, 1304. doi: 10.1002/asia.201500106
(a) Zhang, Y.; Shen, X.; Feng, X.; Xia, H.; Mu, Y.; Liu, X. Chem. Commun. 2016, 52, 11088.
(b) Chen, L.; He, L.; Ma, F.; Liu, W.; Wang, Y.; Silver, M. A.; Chen, L.; Zhu, L.; Gui, D.; Diwu, J.; Chai, Z.; Wang, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 15364.
(c) Xu, M.; Wang, L.; Xie, Y.; Song, Y.; Wang, L. Sens. Actuator, B 2019, 281, 1009.
(d) Ma, Y.; Yuan, F.; Yu, Y.; Zhou, Y..; Zhang, X. Anal. Chem. 2020, 92, 1424.
(a) Zhang, X.; Chi, K. N.; Li, D. L.; Deng, Y.; Ma, Y. C.; Xu, Q. Q.; Hu, R.; Yang, Y. H. Biosens. Bioelectron. 2019, 129, 64.
(b) Wang, J.; Yan, B. Anal. Chem. 2019, 91, 13183.
(c) Li, W.; Yang, C. X.; Yan, X. P. Chem. Commun. 2017, 53, 11469.
(d) Huang, C.; Chen, H.; Li, F.; An, S. Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 2467 (in Chinese).
(黄池宝, 陈会, 李福琴, 安思雅, 有机化学, 2019, 39, 2467.
(a) Yang, T.; Cui, Y.; Chen, H.; Li, W. Acta Chim. Sinica 2017, 75, 339 (in Chinese).
(杨涛, 崔亚男, 陈怀银, 李伟华, 化学学报, 2017, 75, 339.)
(b) Xiong, M.; Rong, Q.; Meng, H. M.; Zhang, X. B. Biosens. Bioelectron. 2017, 89, 212.
Yan, X.; Song, Y.; Liu, J.; Zhou, N.; Zhang, C.; He, L.; Zhang, Z.; Liu, Z. Biosens. Bioelectron. 2019, 126, 734. doi: 10.1016/j.bios.2018.11.047
Wang, P.; Zhou, F.; Zhang, C.; Yin, S. Y.; Teng, L.; Chen, L.; Hu, X. X.; Liu, H. W.; Yin, X.; Zhang, X. B. Chem. Sci. 2018, 9, 8402. doi: 10.1039/C8SC03393E
Zanoli, L. M.; D'Agata, R.; Spoto, G. Anal. Bioanal. Chem. 2012, 402, 1759. doi: 10.1007/s00216-011-5318-3
Peng, Y.; Huang, Y.; Zhu, Y.; Chen, B.; Wang, L.; Lai, Z.; Zhang, Z.; Zhao, M.; Tan, C.; Yang, N.; Shao, F.; Han, Y.; Zhang, H. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8698. doi: 10.1021/jacs.7b04096
Li, W.; Yang, C.; Yan, X. Chem. Commun. 2017, 53, 11469. doi: 10.1039/C7CC06244C
Yang, Y.; Zhao, Z.; Yang, Y.; Li, G.; Hao, C. New J. Chem. 2019, 43, 9274. doi: 10.1039/C9NJ00243J
(a) Xie, Y.; Ding, S.; Liu, J.; Wang, W.; Zheng, Q. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 10066.
(b) Kulkarni, R.; Noda, Y.; Kumar Barange, D.; Kochergin, Y. S.; Lyu, P.; Balcarova, B.; Nachtigall, P.; Bojdys, M. J. Nat. Commun. 2019, 10, 3228.
(c) Meng, Z.; Stolz, R. M.; Mirica, K. A. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11929.
(d) Pang, Y.; Yue, Q.; Huang, Y.; Yang, C.; Shen, X. Talanta 2020, 206, 120194.
(e) Zhang, S.; Yang, Q.; Li, Z. Anal. Bioanal. Chem. 2017, 409, 3429.
Cui, F.; Xie, J.; Jiang, S.; Gan, S.; Ma, D.; Liang, R.; Jiang, G.; Zhao, X. Chem. Commun. 2019, 55, 4550. doi: 10.1039/C9CC01548E
Yang, Y.; Zhao, Z.; Yang, Y.; Li, G.; Hao, C. New J. Chem. 2019, 43, 9274. doi: 10.1039/C9NJ00243J
He, Z.; Gong, S.; Cai, S.; Yan, Y.; Chen, G.; Li, X.; Zheng, S.; Fan, J.; Zhang, W. Cryst. Growth Des. 2019, 19, 3543. doi: 10.1021/acs.cgd.9b00409
图 1 (a) Py-Azine COF的合成及结构示意图、(b) Py-Azine COF在不同浓度TNP下(0~70 mg·L－1)的荧光变化和(c) Py-Azine COF对不同硝基化合物的选择性(70 mg·L－1)
Figure 1 (a) Synthesis and structure of Py-Azine COF, (b) fluorescence quenching of the Py-Azine COF upon addition of TNP (0~70 mg·L－1), and (c) degree of fluorescence quenching upon addition of the nitro compounds (70 mg·L－1)
图 2 (a) 3D-Py-COF结构示意图、(b)可见光(左)与紫外光(右)下3D-Py-COF粉末照片和(c, d) 3D-Py-COF荧光在DMF溶液中加入苦味酸(PA, (0~20 mg·L－1)后的猝灭情况
Figure 2 (a) Structure of 3D-Py-COF, (b) photography of the 3D-Py-COF powders under visible light (left) and UV light (right), and (c, d) fluorescence quenching upon addition of PA (0~20 mg·L－1) in DMF
图 3 (a) COF纳米纤维/芳纶织物的制备和(b)不同相对湿度下的可逆响应性颜色变化
Figure 3 (a) Construction of COF/Aramid fabrics, and (b) digital photographs of the reversible humidity-responsive color-changes of COF/aramid fabrics under different relative humidity
图 4 (a) COF-LZU8的结构与检测过程示意图、(b) COF-LZU8随Hg2+浓度增加的荧光光谱和(c) COF-LZU8的循环检测
Figure 4 (a) Schematic of the structure of COF-LZU8 and its sensing produce, (b) fluorescence spectrum of COF-LZU8 with increasing Hg2+ concentration, and (c) recycling performance
图 5 (a) COF-JLU3的合成与结构示意图、(b) 360 nm紫外光下COF-JLU3分散于PEG中的图像、(c) 360 nm紫外光下COF-JLU3固态下的图像和(d) COF-JLU3在不同Cu2+ (0~12 mg·L－1)浓度下荧光光谱
Figure 5 (a) Synthesis and structure of COF-JLU3, (b) images of COF-JLU3 suspended in PEG under UV-light irradiation of 360 nm, (c) images of COF-JLU3 in solid state under UV-light irradiation of 360 nm, and (d) luminescence spectra of COF-JLU3 in THF suspensions containing different concentrations of Cu2+ (0~12 mg·L－1)
图 6 (a) COF-HQ结构示意图、(b) COF-HQ荧光强度与pH值的线性关系、(c) COF-HQ在不同酸性pH溶液中的荧光图像和(d) COF-HQ在不同酸性pH溶液中的颜色变化
Figure 6 (a) Schematic diagram of the structure of COF-HQ, (b) the linear relationship between pH and fluorescence intensity, (c) images of the fluorescence of COF-HQ after treatment with various acidic solutions, and (d) naked eye color changes after treatment with various acidic solutions
图 7 (a) TpASH-NPHS的组成和作用方式、(b)皮下注射40% CCl4诱导肝硬化小鼠模型和(c)不同处理时期肝硬化小鼠肝组织中TpASH-NPHS的双光子共聚焦荧光图像(比例尺: 300 μm)
Figure 7 (a) Construction of COF-based nanoprobe TpASH-NPHS, (b) the liver cirrhosis mouse model induced by subcutaneous injection of 40% CCl4, and (c) two-photon confocal fluorescence images of TpASH-NPHS in liver tissues of the cirrhotic mouse model at different CCl4-treated periods (Scale bar: 300 μm)
图 8 (a) PBHP-TAPT COF对酸碱气体的传感机理及可见光下颜色变化, (b) PBHP-TAPT COF接触酸、碱气体后的固体紫外可见光谱, (c) PBHP-TAPT COF接触酸、碱气体后的电导率
Figure 8 (a) Protonation and deprotonation of the triazines with chemical triggers (HCl and NH3 vapours); (b) solid-state UV/Vis spectra of pristine PBHP-TAPT COF (red), after activation with HCl vapours (blue; dashed and dotted line), and regeneration with NH3 vapours (black; dashed line); (c) electrical conductivity of pristine PBHP-TAPT COF (red), after activation with HCl vapours (blue), and regeneration with NH3 vapours (black)
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