铕(Ⅲ)金属有机骨架作为荧光探针在水溶液中对Pb2+的选择性和灵敏性传感

罗俊 刘宝姝 张运昌 王柄凯 郭贝贝 佘岚 陈天恒

引用本文: 罗俊, 刘宝姝, 张运昌, 王柄凯, 郭贝贝, 佘岚, 陈天恒. 铕(Ⅲ)金属有机骨架作为荧光探针在水溶液中对Pb2+的选择性和灵敏性传感[J]. 无机化学学报, 2024, 40(12): 2438-2444. doi: 10.11862/CJIC.20240240 shu
Citation:  Jun LUO, Baoshu LIU, Yunchang ZHANG, Bingkai WANG, Beibei GUO, Lan SHE, Tianheng CHEN. Europium(Ⅲ) metal-organic framework as a fluorescent probe for selectively and sensitively sensing Pb2+ in aqueous solution[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2024, 40(12): 2438-2444. doi: 10.11862/CJIC.20240240 shu

铕(Ⅲ)金属有机骨架作为荧光探针在水溶液中对Pb2+的选择性和灵敏性传感

    通讯作者: 刘宝姝, E-mail: liubaoshu@126.com; 王柄凯, E-mail: timbingkai@163.com
  • 基金项目:

    海军军医大学面上孵化基金 2023MS011

摘要: 以单芳环多羧酸苯六甲酸(H6BHC)为配体,与Eu (NO3)3·6H2O进行水热反应,成功得到了一个新的铕金属有机骨架(H3O)6[Eu (BHC)(H2O)]2·H2O (1)。单晶X射线衍射分析表明:在1中,相邻的2个Eu (Ⅲ)离子通过BHC6-桥联成二聚单元并作为一个结点,结点之间通过BHC6-桥沿a轴和c轴相连形成二维层状结构,最后沿着b轴通过氢键的交联作用形成三维网络结构。光致发光测试表明1可以在水体系中实现对Pb2+的选择性和灵敏性传感且检测限(LOD)低至0.42 μmol·L-1

English

  • 铅离子是一种毒性很强的重金属离子,对人类健康的危害很大,即使摄入低浓度的铅离子也会对肝脏、大脑和神经造成损害,从而导致贫血、肌肉麻痹、心血管疾病和发育障碍[1-3]。因此,选择性、灵敏性地检测Pb2+对人类健康而言是非常重要的。

    作为一类重要的无机-有机杂化多孔材料,由于具有高的比表面积、可调变的孔径和可修饰的结构,金属有机骨架(MOFs)材料引起了人们极大的兴趣并已经被广泛应用于储气[4]、分离[5]、催化[6]、药物释放[7]和荧光传感[8-9]等领域。在MOFs材料中,由镧系离子和有机配体相互交联形成的镧系金属有机骨架(Ln-MOFs)材料是一种独特的类型。由于存在从配体发色团向镧系元素的有效能量传输(天线效应)和镧系离子的特征发射峰,Ln-MOFs显示出独特的发光性质,如大的斯托克斯位移、高的色纯度和由4f电子壳层产生的尖锐特征荧光峰[10-11]。近年来,大量的Ln-MOFs荧光探针被合成出来并应用到对金属阳离子[12-14]、阴离子[15-17]、有害小分子[18-19]、爆炸物分子[20-21]和抗生素分子[22]的荧光传感中。为了设计具有强光致发光的Ln-MOFs,需要合理地选择桥联配体和镧系元素离子。已有的研究结果表明:在所有的配体中,用作天线配体的羧酸根离子可以有效地将吸收的能量传输到镧系元素上,从而产生强的光致发光[23]。此外,将具有共轭结构的功能团引入配体中也可以显著增强所得Ln-MOFs的荧光强度[24-25]。因此,我们基于以下原因选择了一种名为苯六甲酸(H6BHC)的单芳环多羧酸作为配体:(1) H6BHC含有6个羧基,每个羧基上的氧原子与镧系离子都具有很强的配位亲和力,镧系离子也具有高配位数和多变的配位环境,这可能导致构造出具有全新结构和独特荧光性能的Ln-MOFs;(2) π共轭芳环多羧酸H6BHC可作为一种有效的天线配体,从而使所构成的Ln-MOFs可以产生强的光致发光。在系统地研究由该配体构建Eu-MOFs的过程中,我们在此报道了一种以H6BHC为配体的新型铕金属有机骨架(H3O)6[Eu(BHC)(H2O)]2·H2O (1)的合成和表征,以及1在水介质中对Pb2+的选择性和灵敏性的荧光传感。

    乙腈、硝酸和过渡金属硝酸盐购于国药集团化学试剂有限公司。H6BHC和2-氟苯甲酸购于上海麦克林生化科技有限公司。六水合硝酸铕购于北京华威锐科化工有限公司。所有试剂在购买后未经纯化直接使用。Na+、Mg2+、Al3+、K+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Cd2+和Pb2+的水溶液由相应的硝酸盐制备获得。

    元素分析在Elementar Vario EL-Ⅲ分析仪上进行测定。在液氮温度下,使用Quantachrome autosorb iQ自动表面和微孔分析仪测量样品的氮气吸附-脱附等温线,并通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)法计算出比表面积。在4 000~400 cm-1范围内,使用Nicolet 6700型分光光度计来记录样品的傅里叶变换红外(FTIR)光谱(KBr压片)。在氮气保护下,以5 ℃·min-1的升温速率在PerkinElmer TGA 8000热重分析仪上对样品进行热重分析。在Edinburgh FLS980型荧光光谱仪上测量样品的荧光光谱。使用PerkinElmer RBD升级的PHI5300 ESCA系统并用Al 辐射(=1 486.6 eV)获得样品的X射线光电子能谱(XPS)。

    在25 mL聚四氟乙烯内胆中,将Eu(NO3)3·6H2O(0.022 g,0.05 mmol)、H6BHC(0.017 g,0.05 mol)和2-氟苯甲酸(0.035 g,0.25 mmol)溶解于水-乙腈的混合溶液中(2 mL H2O和1 mL CH3CN),然后向上述溶液中加入0.1 mol·L-1硝酸(0.3 mL)。将混合溶液搅拌5 min后,将聚四氟乙烯内胆密封并放入不锈钢高压反应釜内,然后将反应釜置于烘箱中,烘箱的温度保持在140 ℃,加热时间为144 h。最后将产物缓慢冷却至室温,获得无色单晶样品,产率为60%(基于Eu(NO3)3·6H2O)。元素分析按C24H24Eu2O33的计算值(%):C,25.19;H,2.11。实验值(%):C,25.42;H,2.24。IR(KBr,cm-1):3 232(m),1 614(s),1 574(s),1 434(s),1 322(s),909(m),608(m),510(m)。

    选取形状规则,大小为0.55 mm×0.22 mm×0.18 mm的Eu-MOF 1的固态单晶样品。将单晶样品放在Bruker D8 VENTURE PHOTON Ⅲ型CCD单晶衍射仪上,以Mo 射线(λ=0.071 073 nm)为辐射源,在N2气流(173 K)冷却下,以ω-φ的扫描方式收集单晶1的衍射数据。用SADABS程序对衍射强度进行经验吸收校正[26],用SHELXT 2018程序解析晶体结构[27],用SHELXL 2016程序,对结构中的非氢原子坐标及其各向异性热参数进行基于F2的全矩阵最小二乘法修正至收敛[28]。1个配位H2O分子的O原子(O13)的占有率为100%。3个游离H3O+的O原子(O14、O15、O16)的占有率也分别为100%。另有1个游离H2O的O原子(O17)的占有率为50%。连接到O原子上的H原子是从差值傅里叶图中得到的,并且用各向同性的位移参数一起自由精修。1的晶体学数据和结构精修参数列于表 1,主要的键长和键角见表 2

    表 1

    表 1  Eu-MOF 1的晶体学数据和结构精修参数
    Table 1.  Crystallographic data and structure refinements for Eu-MOF 1
    下载: 导出CSV
    Parameter 1 Parameter 1
    Empirical formula C24H24Eu2O33 Z 1
    Formula weight 1 144.35 Dc / (g·cm-3) 2.188
    T / K 173(2) μ / mm-1 3.704
    Crystal system Triclinic F(000) 558
    Space group P1 Limiting indices -15 ≤ h ≤ 15, -15 ≤ k ≤ 15, -16 ≤ l ≤ 16
    a / nm 0.962 76(3) Reflection collected 38 846
    b / nm 0.976 76(4) Unique reflection 7 626
    c / nm 1.004 87(3) Number of parameters 320
    α / (°) 91.945(2) Rint 0.053 9
    β / (°) 110.751 0(10) Goodness-of-fit on F 2 1.152
    γ / (°) 99.127 0(10) R1, wR2* [I > 2σ(I)] 0.034 5, 0.076 2
    V / nm3 0.868 31(5) R1, wR2 (all data) 0.038 2, 0.077 6
    *R1=∑||Fo|-|Fc||/∑|Fo|; wR2=[∑w(Fo2-Fc2)2/∑w(Fo2)2]1/2.

    表 2

    表 2  Eu-MOF 1的主要键长(nm)和键角(°)
    Table 2.  Selected bond lengths (nm) and angles (°) for Eu-MOF 1
    下载: 导出CSV
    Eu1—O1 0.234 3(2) Eu1—O11B 0.239 7(2) Eu1—O3 0.245 05(19)
    Eu1—O5A 0.236 7(2) Eu1—O8C 0.239 5(2) Eu1—O3A 0.247 2(2)
    Eu1—O9B 0.238 3(2) Eu1—O13 0.244 5(2) Eu1—Eu1A 0.417 71(3)
    O1—Eu1—O5A 155.33(7) O1—Eu1—O13 113.25(9) O13—Eu1—O3 75.19(7)
    O1—Eu1—O9B 75.81(8) O5A—Eu1—O13 78.90(7) O1—Eu1—O3A 132.33(7)
    O5A—Eu1—O9B 80.52(7) O9B—Eu1—O13 134.24(7) O5A—Eu1—O3A 70.68(7)
    O1—Eu1—O11B 88.32(9) O11B—Eu1—O13 150.09(7) O9B—Eu1—O3A 134.84(8)
    O5A—Eu1—O11B 89.72(8) O8C—Eu1—O13 68.12(7) O11B—Eu1—O3A 76.49(7)
    O9B—Eu1—O11B 69.19(7) O1—Eu1—O3 72.42(7) O8C—Eu1—O3A 136.30(7)
    O1—Eu1—O8C 83.32(8) O5A—Eu1—O3 132.24(7) O13—Eu1—O3A 73.66(7)
    O5A—Eu1—O8C 81.73(8) O9B—Eu1—O3 144.04(7) O3—Eu1—O3A 63.87(8)
    O9B—Eu1—O8C 68.76(8) O11B—Eu1—O3 93.28(7)
    O11B—Eu1—O8C 137.90(8) O8C—Eu1—O3 122.65(8)
    Symmetry codes: A: -x+1, -y, -z; B: -x, -y, -z; C: x, y, z-1.

    单晶X射线衍射数据表明,Eu-MOF 1属于三斜晶系P1空间群(表 1)。如图 1a所示,1的不对称单元含有1个Eu(Ⅲ),1个BHC6-配体,1个配位的H2O分子,3个自由的H3O+和0.5个自由的H2O。每个Eu1离子与4个BHC6-的7个氧原子(O1、O3、O3A、O5A、O9B、O11B、O8C),以及1个H2O的O原子(O13)配位,形成一个畸变的[EuO8]双帽三方反棱柱构型(图 1b)。其中Eu—O的键长在0.234 3(2)~0.247 2(2) nm之间,这个数值与其他铕羧酸盐配合物中相应的距离相近[29-30],O—Eu—O的键角在63.87(8)°~ 155.33(7)°范围内(表 2)。每个Eu1离子与相邻的Eu1A离子通过2个BHC6-配体的2个羧酸根桥相连,形成1个Eu(Ⅲ)的双核结构作为1个结点(图 1b),在Eu(Ⅲ)的双核结构中相邻Eu(Ⅲ)离子的距离为0.417 71(3) nm。每个Eu(Ⅲ)双核的结点通过BHC6-相互桥联并沿着a轴和c轴形成一个二维层状结构,最后沿着b轴通过氢键的交联作用构造形成一个三维网络结构(表S1和图S1,Supporting information)。

    图 1

    图 1.  (a) Eu-MOF 1的不对称单元; (b) 1的双核结构
    Figure 1.  (a) Asymmetrical unit of Eu-MOF 1; (b) Dinuclear structure of 1

    Non-hydrogen atoms are shown with 50% probability displacement ellipsoids; For the diagram of a, the hydrogen atoms (green circle) have been reserved; For the diagram of b, the hydrogen atoms, the free hydronium ions, and the free water molecules have been omitted; Symmetry codes: A: -x+1, -y, -z; B: -x, -y, -z; C: x, y, z-1; D: -x+1, -y, -z+1; E: x+1, y, z.

    室温下,我们获得了Eu-MOF 1的FTIR光谱(图S2)。位于3 232 cm-1的峰可归属于H3O+和H2O中的O—H键的伸缩振动。在1 614和1 574 cm-1的峰则分别对应于C=O键的反对称伸缩和对称伸缩振动,与自由羧基在1 700 cm-1处C—O的伸缩振动峰相比,C—O伸缩振动峰向低波数移动,表明羧基氧原子与Eu3+之间发生了配位作用。在1 434和1 322 cm-1处的较强峰可归属于苯环C—C键的伸缩振动。νEu—O的伸缩振动峰位于608 cm-1处。

    为了研究Eu-MOF 1的热稳定性,在N2的保护下,我们对它的晶体粉末进行了热重分析(温度范围20~900 ℃,升温速率5 ℃·min-1)。热重曲线图表明(图S3),1有2次失重过程:当温度从室温升高到194 ℃时,第一步失重为10.80%,对应于不对称单元中3个自由的H3O+以及0.5个自由的H2O的失去(理论值为11.01%),当温度从194 ℃升高到900 ℃时,第二步热失重对应于配合物的分解和氧化铕的形成。

    在液氮温度条件下,我们测量了1的氮气吸附-脱附等温线(图S4),并通过BET法计算出它的比表面积为4 m2·g-1

    我们研究了在室温下Eu-MOF 1的固态荧光光谱。1的光致荧光发射光谱如图 2所示。在260 nm波长激发时,1的发射光谱表现出中心离子Eu(Ⅲ)的特征发射。1在579、592、615、651和699 nm处狭窄而尖锐的发射峰分别对应于5D07F05D07F15D07F25D07F35D07F4的跃迁,表明从BHC6-配体向Eu3+存在有效的能量传输作用(天线效应)。此外,在615 nm处的最强跃迁归属于5D07F2,表明Eu3+占据了没有反演中心的位置并且具有低的晶体场对称性[31-32]

    图 2

    图 2.  Eu-MOF 1的固态激发光谱和发射光谱(在260 nm通过氙灯激发)
    Figure 2.  Excitation spectrum and emission spectrum (excited at 260 nm by xenon lamp) of Eu-MOF 1 in the solid state

    为了研究Eu-MOF 1对金属离子的荧光响应,将1研磨后的固体粉末分别分散(1 mg·mL-1)在不同金属离子(Na+、Mg2+、Al3+、K+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Cd2+、Pb2+)的水溶液中(0.01 mol·L-1),然后超声处理以制备用于荧光测定的样品。如图 3所示,当分别加入Cd2+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Na+、Co2+、Ag+后,1的荧光强度略有增加;当K+、Cu2+、Al3+分别加入后,1的荧光强度几乎没有发生变化;当Pb2+被加入到1中时,荧光强度发生了显著猝灭,表明1可作为用于检测Pb2+的荧光探针。此外,我们还进行了抗干扰荧光实验,测定结果表明:当分散于Pb2+溶液中的1分别引入其他金属离子后,原有Pb2+的荧光猝灭效果几乎没有受到影响(图S5和S6)。

    图 3

    图 3.  (a) Eu-MOF 1分散在0.01 mol·L-1不同金属离子水溶液中时对应于 5D07F2跃迁的荧光发射强度; (b) 1分散在0.01 mol·L-1不同金属离子水溶液中的荧光发射光谱(在260 nm处通过氙灯激发)
    Figure 3.  (a) Emission intensity of the transition 5D07F2 for Eu-MOF 1 dispersed in 0.01 mol·L-1 aqueous solution of various metal ions; (b) Emission spectra of 1 suspended in 0.01 mol·L-1 aqueous solution of various metal ions (excited at 260 nm by xenon lamp)

    为了更好地研究Eu-MOF 1对Pb2+荧光传感的灵敏性和定量检测效果,我们开展了光谱滴定实验。随着Pb2+浓度从0增加到0.01 mol·L-11的位于615 nm处的荧光发射强度发生了显著降低(图 4a)。如图 4b所示,当Pb2+浓度在0~10-4 mol·L-1范围内,1在615 nm处的荧光发射强度(I)与Pb2+浓度(c)之间存在良好的线性关系,拟合的方程为I=1 068 840-2.830 75×109c(R2=0.992 65)。1对于Pb2+的检测限(LOD)可以通过计算公式并依据国际纯粹与应用化学联合会规定的3σ标准计算得到[33],LOD=3σ/k,其中σ1在空白溶液重复测定时荧光强度的标准偏差,k是光谱滴定拟合直线的斜率绝对值。计算得到1对于Pb2+的LOD为0.42 μmol·L-1。此外,Stern-Volmer方程可用于定量地评价荧光猝灭效应的强弱[34]。如图S7所示,1传感Pb2+的猝灭常数Ksv= 3 612.75 L·mol-1,低于最近报道的传感Pb2+的MOFs的相应数值[35-36]

    图 4

    图 4.  (a) 在Eu-MOF 1中加入不同浓度Pb(NO3)2水溶液后的荧光发射光谱(在260 nm处通过氙灯激发); (b) 分散于Pb2+水溶液中的1在615 nm处的荧光发射强度(I)与Pb2+浓度(c) 在0~10-4 mol·L-1之间的线性关系
    Figure 4.  (a) Emission spectra (excited at 260 nm by xenon lamp) of Eu-MOF 1 upon the addition of different concentrations of Pb(NO3)2 aqueous solutions; (b) Linear relationship of the emission intensity (I) of 1 dispersed in Pb2+ solution at 615 nm versus the concentration (c) of Pb2+ ion from 0 to 10-4 mol·L-1

    到目前为止,MOFs被外来金属阳离子猝灭的常见荧光猝灭机理可以总结如下:(ⅰ) 外来金属阳离子与MOFs的有机配体之间的相互作用[34, 37];(ⅱ) 由外来金属阳离子诱导的MOFs骨架坍塌[38];(ⅲ) 外来金属阳离子与MOFs的金属阳离子交换作用[39];(ⅳ) 外来金属阳离子和MOFs竞争性地吸收照射光[40]。为了研究Pb2+猝灭Eu-MOF 1荧光的可能机理,我们利用XPS进行分析,分别获得了11结合了Pb2+后的XPS谱图(图 5)。如图 5b所示,1中氧原子的O1s峰原先位于531.4 eV处,当1结合了Pb2+后,相应的O1s峰移动到531.2 eV处,表明Pb2+1中BHC6-的O原子之间存在着较弱的相互作用,而Eu3+和BHC6-的O原子之间的相互作用可能会因此减弱,这也降低了从BHC6-向Eu3+的能量传输效率(天线效应),从而导致了1的荧光猝灭。

    图 5

    图 5.  Eu-MOF 11结合了Pb2+后的XPS(a) 全谱图和(b) O1s谱图
    Figure 5.  XPS (a) survey spectra and (b) O1s spectra of Eu-MOF 1 and Pb2+ incorporated 1

    本研究合成并表征了一种由苯六甲酸和铕构建全新的铕金属有机骨架11展示出以Eu(Ⅲ)双核单元作为节点并通过BHC6-作为桥相互连接形成的独特三维网络结构。1可以作为灵敏性和选择性的荧光探针用于在水体系中检测Pb2+,并且检测限低至0.42 μmol·L-1,表明它是潜在的荧光探针。研究结果还表明,在Ln-MOFs的骨架内引入芳环多羧酸配体,是合成用于检测某些金属阳离子的荧光探针的有效方法。


    Supporting information is available at http://www.wjhxxb.cn
    1. [1]

      Rodriguez B B, Bolbot J A, Tothill I E. Development of urease and glutamic dehydrogenase amperometric assay for heavy metals screening in polluted samples[J]. Biosens. Bioelectron., 2004, 19:  1157-1167. doi: 10.1016/j.bios.2003.11.002

    2. [2]

      Liu J, Goyer R A, Waalkes M P. Toxic effects of metals//Klaassen C D. Casarett and Doull's Toxicology: The Basic Science of Poisons. 7th ed. New York: The McGraw-Hill Companies Inc., 2008: 931-972

    3. [3]

      Huang K, Li B B, Zhou F, Mei S R, Zhou Y K, Jing T. Selective solidphase extraction of lead ions in water samples using three-dimensional ion-imprinted polymers[J]. Anal. Chem., 2016, 88:  6820-6826. doi: 10.1021/acs.analchem.6b01291

    4. [4]

      Qasem N A A, Ben-Mansour R, Habib M A. An efficient CO2 adsorptive storage using MOF-5 and MOF-177[J]. Appl. Energy, 2018, 210:  317326.

    5. [5]

      Gao J K, Qian X F, Lin R B, Krishna R, Wu H, Zhou W, Chen B L. Mixed metal organic framework with multiple binding sites for efficient C2H2/CO2 separation[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59:  43964400.

    6. [6]

      Deng Z, Yu H J, Wang L, Liu J Y, Shea K J. Ferrocene-based metalorganic framework nanosheets loaded with palladium as a super-high active hydrogenation catalyst[J]. J. Mater. Chem. A, 2019, 7:  15975-15980. doi: 10.1039/C9TA03403J

    7. [7]

      Suresh K, Matzger A J. Enhanced drug delivery by dissolution of amorphous drug encapsulated in a water unstable metal-organic framework (MOF)[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58:  16790-16794. doi: 10.1002/anie.201907652

    8. [8]

      Das P, Mandal S K. Nanoporous Zn-based metalorganic framework nanoparticles for fluorescent pH sensing and thermochromism[J]. ACS Appl. Nano Mater., 2020, 3:  9480-9486. doi: 10.1021/acsanm.0c02132

    9. [9]

      Gorai T, Schmitt W, Gunnlaugsson T. Highlights of the development and application of luminescent lanthanide based coordination polymers, MOFs and functional nanomaterials[J]. Dalton Trans., 2021, 50:  770-784. doi: 10.1039/D0DT03684F

    10. [10]

      Zhang H, Chen D M, Ma H L, Cheng P. Real-time detection of traces of benzaldehyde in benzyl alcohol as a solvent by a flexible lanthanide microporous metal-organic framework[J]. Chem.-Eur. J., 2015, 21:  15854-15859. doi: 10.1002/chem.201502033

    11. [11]

      Hu Z C, Deibert B J, Li J. Luminescent metal-organic frameworks for chemical sensing and explosive detection[J]. Chem. Soc. Rev., 2014, 43:  5815-5840. doi: 10.1039/C4CS00010B

    12. [12]

      Chen H H, Zheng K T, Chen C L, Zhu Y H, Ma P T, Wang J P, Niu J Y. Luminescent dimeric oxalate-bridged Eu3+/Tb3+-implanted arsenotungstates: Tunable emission, energy transfer, and detection of Ba2+ ion in aqueous solution[J]. Inorg. Chem., 2022, 61:  3387-3395. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c03073

    13. [13]

      Cheng Y H, Wu M J, Du Z Y, Chen Y, Zhao L Y, Zhu Z W, Yu X B, Yang Y Y, Zeng C H. Tetra-nuclear cluster-based lanthanide metalorganic frameworks as white phosphor, information encryption, self calibrating thermometers, and Fe2+ sensors[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15:  24570-24582. doi: 10.1021/acsami.3c02644

    14. [14]

      Mohammed Ameen S Sh, Sher Mohammed N M, Omer K M. Visual monitoring of silver ions and cysteine using bi ligand Eu based metal organic framework as a reference signal: Color tonality[J]. Microchem. J., 2022, 181:  107721. doi: 10.1016/j.microc.2022.107721

    15. [15]

      Wang R N, Zhang H, Wang S B, Meng F X, Sun J, Lou D W, Su Z M. A ratiometric fluorescent probe based on a dual ligand lanthanide metal-organic framework (MOF) for sensitive detection of aluminum and fluoride ions in river and tap water[J]. Inorg. Chem. Front., 2023, 10:  1534-1542. doi: 10.1039/D2QI02554J

    16. [16]

      Chen X L, Shang L, Liu L, Yang H, Cui H L, Wang J J. A highly sensitive and multi-responsive Tb-MOF fluorescent sensor for the detection of Pb2+, Cr2O72-, B4O72-, aniline, nitrobenzene and cefixime[J]. Dyes Pigment., 2021, 196:  109809. doi: 10.1016/j.dyepig.2021.109809

    17. [17]

      Liu S Y, Liu M, Guo M M, Wang Z C, Wang X F, Cui W, Tian Z Y. Development of Eu-based metal-organic frameworks (MOFs) for luminescence sensing and entrapping of arsenate ion[J]. J. Lumin., 2021, 236:  118102. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118102

    18. [18]

      Li Y G, Hu J J, Zhang J L, Liu S J, Peng Y, Wen H R. Lanthanidebased metal organic framework materials as bifunctional fluorescence sensors toward acetylacetone and aspartic acid[J]. CrystEngComm, 2022, 24:  2464-2471. doi: 10.1039/D2CE00174H

    19. [19]

      Mohammed Ameen S Sh, Qader I B, Qader H A, Algethami F K, Abdulkhair B Y, Omer K M. Dual-state dual emission from precise chemically engineered biligand MOF free from encapsulation and functionalization with self calibration model for visual detection[J]. Microchim. Acta, 2024, 191:  62. doi: 10.1007/s00604-023-06148-5

    20. [20]

      Liu Y Z, Sun Q Y, Zhou H B, Gao H Y, Li D P, Li Y X. One-dimensional europium coordination polymer as luminescent sensor for highly selective and sensitive detection of 2, 4, 6 trinitrophenol[J]. Spectroc. Acta Pt. A-Molec. Biomolec. Spectr., 2022, 264:  120303. doi: 10.1016/j.saa.2021.120303

    21. [21]

      Sun L, Zhang Y, Lv X S, Li H D. A luminescent Eubased MOFs material for the sensitive detection of nitro explosives and development of fingerprint[J]. Inorg. Chem. Commun., 2023, 156:  111267. doi: 10.1016/j.inoche.2023.111267

    22. [22]

      Li Y, Wang M, Yang G P, Wang Y Y. Fabrication of the antibiotic sensor by the multifunctional stable adjustable luminescent lanthanide metal-organic frameworks[J]. Inorg. Chem., 2023, 62:  4735-4744. doi: 10.1021/acs.inorgchem.3c00249

    23. [23]

      Xu Q W, Dong G Y, Cui R F, Li X. 3D lanthanide coordination frameworks constructed by a ternary mixed-ligand: Crystal structure, luminescence and luminescence sensing[J]. CrystEngComm, 2020, 22:  740-750. doi: 10.1039/C9CE01779H

    24. [24]

      Li J M, Li R, Li X. Construction of metal-organic frameworks (MOFs) and highly luminescent Eu (Ⅲ) MOF for the detection of inorganic ions and antibiotics in aqueous medium[J]. CrystEngComm, 2018, 20:  4962-4972. doi: 10.1039/C8CE00915E

    25. [25]

      Zhang P F, Yang G P, Li G P, Yang F, Liu W N, Li J Y, Wang Y Y. Series of water-stable lanthanide metal-organic frameworks based on carboxylic acid imidazolium chloride: Tunable luminescent emission and sensing[J]. Inorg. Chem., 2019, 58:  13969-13978. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b01954

    26. [26]

      Sheldrick G M. SADABS, A program for empirical absorption correction. University of Göttingen, Germany, 2014.

    27. [27]

      Sheldrick G M. SHELXT 2018, A program used to solve structure. University of Göttingen, Germany, 2018.

    28. [28]

      Sheldrick G M. SHELXL 2016, A program used to refine structure. University of Göttingen, Germany, 2016.

    29. [29]

      Sun S L, Sun X Y, Sun Q, Gao E Q, Zhang J L, Li W J. Europium metal-organic framework containing helical metal-carboxylate chains for fluorescence sensing of nitrobenzene and nitrofunans antibiotics[J]. J. Solid State Chem., 2020, 292:  121701. doi: 10.1016/j.jssc.2020.121701

    30. [30]

      Dong J P, Li B, Jin Y J, Wang L Y. Efficient detection of Fe (Ⅲ) and chromate ions in water using two robust lanthanide metal organic frameworks[J]. CrystEngComm, 2021, 23:  1677-1683. doi: 10.1039/D0CE01802C

    31. [31]

      Judd B R. Optical absorption intensities of rare-earth ions[J]. Phys. Rev., 1962, 127:  750-761. doi: 10.1103/PhysRev.127.750

    32. [32]

      Zhou Y, Yan B, He X H. Controlled synthesis and up/down-conversion luminescence of self assembled hierarchical architectures of mono clinic AgRE (WO4)2: Ln3+(RE=Y, La, Gd, Lu; Ln=Eu, Tb, Sm, Dy, Yb/Er, Yb/Tm)[J]. J. Mater. Chem. C, 2014, 2:  848-855. doi: 10.1039/C3TC31880J

    33. [33]

      Committee A M. Recommendations for the definition, estimation and use of the detection limit[J]. Analyst, 1987, 112:  199-204. doi: 10.1039/an9871200199

    34. [34]

      Chen B L, Wang L B, Xiao Y Q, Fronczek F R, Xue M, Cui Y J, Qian G D. A luminescent metal-organic framework with Lewis basic pyridyl sites for the sensing of metal ions[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48:  500-503. doi: 10.1002/anie.200805101

    35. [35]

      Wang Q Y, Ke W Q, Lou H Y, Han Y H, Wan J M. A novel fluorescent metal-organic framework based on porphyrin and AIE for ultrahigh sensitivity and selectivity detection of Pb2+ ions in aqueous solution[J]. Dyes Pigment., 2021, 196:  109802. doi: 10.1016/j.dyepig.2021.109802

    36. [36]

      Li Q, Guan B B, Zhu W, Liu T H, Chen L H, Wang Y, Xue D X. Highly selective and sensitive dual fluorescent probe for cationic Pb2+ and anionic Cr2O72-, CrO42- contaminants via a powerful indiumorganic framework[J]. J. Solid State Chem., 2020, 291:  121672. doi: 10.1016/j.jssc.2020.121672

    37. [37]

      Hao Z M, Song X Z, Zhu M, Meng X, Zhao S N, Su S Q, Yang W T, Song S Y, Zhang H J. One-dimensional channel-structured Eu-MOF for sensing small organic molecules and Cu2+ ion[J]. J. Mater. Chem. A, 2013, 1:  11043-11050. doi: 10.1039/c3ta12270k

    38. [38]

      Dang S, Ma E, Sun Z M, Zhang H J. A layer-structured Eu-MOF as a highly selective fluorescent probe for Fe3+ detection through a cationexchange approach[J]. J. Mater. Chem., 2012, 22:  16920-16926. doi: 10.1039/c2jm32661b

    39. [39]

      Yang C X, Ren H B, Yan X P. Fluorescent metal-organic framework MIL 53(Al) for highly selective and sensitive detection of Fe3+ in aqueous solution[J]. Anal. Chem., 2013, 85:  7441-7446. doi: 10.1021/ac401387z

    40. [40]

      Li J J, Fan T T, Qu X L, Han H L, Li X. Temperature-induced 1D lanthanide polymeric frameworks based on Lnn(n=2, 2, 4, 6) cores: Synthesis, crystal structures and luminescence properties[J]. Dalton Trans., 2016, 45:  2924-2935. doi: 10.1039/C5DT04262C

  • 图 1  (a) Eu-MOF 1的不对称单元; (b) 1的双核结构

    Figure 1  (a) Asymmetrical unit of Eu-MOF 1; (b) Dinuclear structure of 1

    Non-hydrogen atoms are shown with 50% probability displacement ellipsoids; For the diagram of a, the hydrogen atoms (green circle) have been reserved; For the diagram of b, the hydrogen atoms, the free hydronium ions, and the free water molecules have been omitted; Symmetry codes: A: -x+1, -y, -z; B: -x, -y, -z; C: x, y, z-1; D: -x+1, -y, -z+1; E: x+1, y, z.

    图 2  Eu-MOF 1的固态激发光谱和发射光谱(在260 nm通过氙灯激发)

    Figure 2  Excitation spectrum and emission spectrum (excited at 260 nm by xenon lamp) of Eu-MOF 1 in the solid state

    图 3  (a) Eu-MOF 1分散在0.01 mol·L-1不同金属离子水溶液中时对应于 5D07F2跃迁的荧光发射强度; (b) 1分散在0.01 mol·L-1不同金属离子水溶液中的荧光发射光谱(在260 nm处通过氙灯激发)

    Figure 3  (a) Emission intensity of the transition 5D07F2 for Eu-MOF 1 dispersed in 0.01 mol·L-1 aqueous solution of various metal ions; (b) Emission spectra of 1 suspended in 0.01 mol·L-1 aqueous solution of various metal ions (excited at 260 nm by xenon lamp)

    图 4  (a) 在Eu-MOF 1中加入不同浓度Pb(NO3)2水溶液后的荧光发射光谱(在260 nm处通过氙灯激发); (b) 分散于Pb2+水溶液中的1在615 nm处的荧光发射强度(I)与Pb2+浓度(c) 在0~10-4 mol·L-1之间的线性关系

    Figure 4  (a) Emission spectra (excited at 260 nm by xenon lamp) of Eu-MOF 1 upon the addition of different concentrations of Pb(NO3)2 aqueous solutions; (b) Linear relationship of the emission intensity (I) of 1 dispersed in Pb2+ solution at 615 nm versus the concentration (c) of Pb2+ ion from 0 to 10-4 mol·L-1

    图 5  Eu-MOF 11结合了Pb2+后的XPS(a) 全谱图和(b) O1s谱图

    Figure 5  XPS (a) survey spectra and (b) O1s spectra of Eu-MOF 1 and Pb2+ incorporated 1

    表 1  Eu-MOF 1的晶体学数据和结构精修参数

    Table 1.  Crystallographic data and structure refinements for Eu-MOF 1

    Parameter 1 Parameter 1
    Empirical formula C24H24Eu2O33 Z 1
    Formula weight 1 144.35 Dc / (g·cm-3) 2.188
    T / K 173(2) μ / mm-1 3.704
    Crystal system Triclinic F(000) 558
    Space group P1 Limiting indices -15 ≤ h ≤ 15, -15 ≤ k ≤ 15, -16 ≤ l ≤ 16
    a / nm 0.962 76(3) Reflection collected 38 846
    b / nm 0.976 76(4) Unique reflection 7 626
    c / nm 1.004 87(3) Number of parameters 320
    α / (°) 91.945(2) Rint 0.053 9
    β / (°) 110.751 0(10) Goodness-of-fit on F 2 1.152
    γ / (°) 99.127 0(10) R1, wR2* [I > 2σ(I)] 0.034 5, 0.076 2
    V / nm3 0.868 31(5) R1, wR2 (all data) 0.038 2, 0.077 6
    *R1=∑||Fo|-|Fc||/∑|Fo|; wR2=[∑w(Fo2-Fc2)2/∑w(Fo2)2]1/2.
    下载: 导出CSV

    表 2  Eu-MOF 1的主要键长(nm)和键角(°)

    Table 2.  Selected bond lengths (nm) and angles (°) for Eu-MOF 1

    Eu1—O1 0.234 3(2) Eu1—O11B 0.239 7(2) Eu1—O3 0.245 05(19)
    Eu1—O5A 0.236 7(2) Eu1—O8C 0.239 5(2) Eu1—O3A 0.247 2(2)
    Eu1—O9B 0.238 3(2) Eu1—O13 0.244 5(2) Eu1—Eu1A 0.417 71(3)
    O1—Eu1—O5A 155.33(7) O1—Eu1—O13 113.25(9) O13—Eu1—O3 75.19(7)
    O1—Eu1—O9B 75.81(8) O5A—Eu1—O13 78.90(7) O1—Eu1—O3A 132.33(7)
    O5A—Eu1—O9B 80.52(7) O9B—Eu1—O13 134.24(7) O5A—Eu1—O3A 70.68(7)
    O1—Eu1—O11B 88.32(9) O11B—Eu1—O13 150.09(7) O9B—Eu1—O3A 134.84(8)
    O5A—Eu1—O11B 89.72(8) O8C—Eu1—O13 68.12(7) O11B—Eu1—O3A 76.49(7)
    O9B—Eu1—O11B 69.19(7) O1—Eu1—O3 72.42(7) O8C—Eu1—O3A 136.30(7)
    O1—Eu1—O8C 83.32(8) O5A—Eu1—O3 132.24(7) O13—Eu1—O3A 73.66(7)
    O5A—Eu1—O8C 81.73(8) O9B—Eu1—O3 144.04(7) O3—Eu1—O3A 63.87(8)
    O9B—Eu1—O8C 68.76(8) O11B—Eu1—O3 93.28(7)
    O11B—Eu1—O8C 137.90(8) O8C—Eu1—O3 122.65(8)
    Symmetry codes: A: -x+1, -y, -z; B: -x, -y, -z; C: x, y, z-1.
    下载: 导出CSV
  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  440
  • HTML全文浏览量:  118
文章相关
  • 发布日期:  2024-12-10
  • 收稿日期:  2024-06-27
  • 修回日期:  2024-09-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章