化学发光微反应器一种多功能集成的MOFs材料实现持续的光发射
发布时间：2020-08-28 作者：harry 分享到：
化学发光系统由于具有高发光效率、**的单色性以及易于操作的特点，引起了国内外研究者的广泛关注，并在生物传感、原位成像以及应急光源等领域表现出巨大的应用价值。然而在具体应用过程中，为降低检测限和提高传感过程中的灵敏度，对化学发光系统的强度和持久性提出了更高的要求。目前，已知的强化学发光体系都以闪光式光发射过程为主，发光时间通常限制在1-120s范围内，限制了其应用领域的进一步拓展。
从机理角度分析，化学发光过程一般可拆分为三个主要的反应步骤：1、催化过程，催化活性中心催化高能化学物种（如：H2O2）产生OH•和O2•−自由基；2、能量转移过程，电子和能量从自由基转移到光活性中心产生激发的生色团（F*）；3、光发射过程，F*从激发态跃迁到基态实现光发射。常见的化学发光系统为溶剂体系，如上图A过程所示，催化活性中心和光活性中心都溶解在溶剂中，由于催化中心和光活性中心距离较远导致了自由基的损耗以及自由光活性中心的弛豫，因此溶剂系统的能量传递效率通常较低。此外，溶解的催化活性中心会快速的消耗加入的H2O2分子，导致闪光式的光发射过程。为进一步提升化学发光性能，科学家们开发了功能性簇合物化学发光系统，如上图B所示。通过系列键合作用力（共价键、配位键）以及分子间作用力（氢键、范德华力、静电吸附等），将自由的光活性中心固定到催化活性中心的表面，形成稳定的功能性簇结构。簇结构不仅可以**缩短自由基的传递路径，还可以减弱自由光发射中心的弛豫现象，从而提高能量利用效率，实现光发射的增强。但是簇合物体系由于无法**控制反应介质的扩散速度，因此其发光强度没有**的得到提升。
中国石油大学（华东）孙道峰课题组合成了具有四个甲氧基供电子的蒽基配体（H4LLOMe, 4ʹ,4ʹʹʹ- (2,3,6,7-tetramethoxyanthracene-9,10-diyl)bis([1,1ʹ-biphenyl]-3,5-dica-rboxylic acid)）,再利用晶体工程原理，与Ba2+离子构筑了具有一维菱形孔道的框架结构UPC-2。通过晶体材料的自组装过程，成功将催化活性中心、光活性中心和可控的孔结构集成在框架内部，成功构筑了功能性的化学发光微反应器。该微反应器不仅可**发挥簇结构化学发光系统的优势，还可以通过MOFs孔结构的调节作用控制反应介质的扩散速度，实现了且持续的化学发光过程。作者测试发现，UPC-2的化学发光强度是UPC-3（由H4LLOMe与Ba2+离子组装得到无孔结构）发光强度的20倍，且其发光时间可以持续540 min。此外作者还对其应用和反应机理进行了相关探索，证实了其催化反应过程为扩散控制过程，并给出了相关的化学发光反应机理。研究者相信，此项研究将会为高性能化学发光材料的研发提供一条**路径，并为MOFs材料的定向设计和应用拓展提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced Scinece (DOI: 10.1002/advs.202000065)上，**作者为肖振宇博士和王雨桐，通讯作者为孙道峰教授。
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