Angew. Chem. ：基于金属-有机框架（MOF）的荧光开启行为实现对痕量苯蒸汽高效检测

苯是一种具有致癌毒性的污染物，即使在低浓度下仍会严重危害人体健康。目前，对苯及其衍生物的检测方法主要是采用气相色谱法。然而这种方法存在设备昂贵、操作复杂等弊端，难以在公众中推广。作为一种新兴的检测方法，光化学传感法主要通过传感材料与检测目标物之间的相互作用产生光学信号的改变从而达到检测的目的。然而，传感材料与苯分子之间的弱相互作用通常很难产生明显的响应信号，更别提在痕量水平上进行检测了。因此，实现快速、便携检测室内痕量苯蒸汽仍然是一个巨大的挑战。

近日，五邑大学的莫宗文课题组通过缺电子的萘二酰亚胺（NDI）类配体构筑了一例新的柔性MOF（称为WYU-61）。有趣的是，WYU-61在水中浸泡后可由0D孔框架快速转变为1D孔框架（WYU-62），进而有利于芳香烃分子扩散到孔道中。凭借框架内配体与苯分子间的相互作用引发MOF的快速且显著的荧光增强，首次实现了对痕量苯蒸汽的可视化检测。

荧光光谱表明，WYU-62的无客体相（WYU-62a）在接触芳香烃分子后具有不同程度的荧光增强行为。其中，对苯蒸汽的荧光响应尤为明显，其熏蒸前后最大荧光强度的变化达到了116倍，且响应时间仅需14 s。通过不同浓度下的荧光强度变化可以得到WYU-62a对苯蒸汽的检测限（LOD）低至0.133 mg L^-1，是在已报道相关的MOF中记录值。此外，由WYU-62a制备的便携检测试纸可实现痕量苯蒸汽的可视化检测。

吸附等温线表明，WYU-62a对苯蒸汽具有明显吸附，而苯蒸汽无法扩散到WYU-61中，这也与二者对苯蒸汽的荧光响应行为相对应。吸附动力学测试进一步表明WYU-62a对苯的超快荧光“开启”行为可归因于框架对苯分子间的相互作用。WYU-62a⊃benzene的单晶结构表明苯分子与两个相邻的NDI大环以错位面对面的方式形成了一种特殊的“双边π-π堆积”相互作用，有利于主客体间的电子转移从而实现快速且显著的荧光增强。DFT理论模拟计算表明WYU-62a对芳香烃的荧光“开启”行为是由于富电子的苯分子转移电子到缺电子的NDI类配体引起的。

该工作表明，缺电子且具有较大共轭平面的配体可以与富电子的芳香烃形成强相互作用的同时，有利于而主客体间的电子转移，从而实现高效的荧光增强。该工作也为后续荧光传感材料的设计以及对痕量有毒分子的检测提供了思路。

论文信息

Fluorescence Enhancement of a Metal-Organic Framework for Ultra-Efficient Detection of Trace Benzene Vapor

Wen-Bin Li, Ying Wu, Xiao-Feng Zhong, Xiong-Hai Chen, Gang Liang, Jia-Wen Ye, Zong-Wen Mo, Xiao-Ming Chen

文章的第一作者为五邑大学的硕士研究生李文斌。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202303500