一种用于选择性检测和高效去除重金属离子的新型通用金属-有机框架传感平台

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摘要：
本文提出了一种基于氨基功能化金属-有机框架（MOFs）的通用传感平台，用于检测和去除重金属离子。以MIL-101-NH2(Fe)为例，该材料表现出优异的荧光特性，并对Fe³⁺、Cu²⁺和Pb²⁺具有高选择性和低检测限。此外，该材料在去除重金属离子方面表现出良好的吸附能力和可重复使用性。研究结果不仅满足了对重金属灵敏检测和高效去除的要求，还为MOFs在环境保护领域的应用提供了新的思路。

研究背景：
- 行业问题：重金属污染已成为全球性环境问题，对生态系统和人类健康构成严重威胁。重金属如铅（Pb²⁺）、铜（Cu²⁺）和铁（Fe³⁺）等对生物体具有毒性，需要开发有效的检测和去除方法。
- 研究现状：目前，MOFs因其高比表面积和可调节的孔隙性，在重金属检测和去除方面显示出巨大潜力。然而，大多数研究仅能单独实现检测或去除功能，限制了其实际应用。
- 本文创新：本文提出了一种基于氨基功能化MOFs的通用传感平台，不仅能够灵敏检测Fe³⁺、Cu²⁺和Pb²⁺，还能高效去除这些重金属离子。该平台通过简单的一步法合成，具有广泛的适用性和高效的吸附能力。

实验和分析：
- 材料合成与表征：
- 合成了多种氨基功能化的MOFs，包括UiO-66-NH2(Zr)、MOF-5-NH2(Zn)、MIL-101-NH2(Cr)、MIL-53-NH2(Al)和MIL-101-NH2(Fe)。
- 通过XRD、FT-IR、SEM、TEM和XPS等手段对材料的结构和形貌进行了表征。结果表明，氨基功能化后，MOFs的晶体结构得以保留，且表面成功引入了氨基。
- 性能结果原因分析：
- 荧光特性：氨基功能化的MOFs表现出优异的荧光发射，归因于有机配体的荧光特性。荧光猝灭现象表明，金属离子与氨基之间发生了电子转移。
- 吸附能力：MIL-101-NH2对Fe³⁺、Cu²⁺和Pb²⁺的吸附能力显著，最大吸附容量分别达到3.5、0.9和1.1 mM/g。吸附过程符合Langmuir模型，表明吸附主要通过化学螯合作用完成。

总结：
- 主要研究结果：成功开发了一种基于氨基功能化MOFs的通用传感平台，能够灵敏检测和高效去除Fe³⁺、Cu²⁺和Pb²⁺。
- 创新突破：提出了一种简单的一步法合成策略，实现了检测和去除功能的集成，并通过氨基功能化显著提高了材料的荧光特性和吸附能力。
- 潜在意义和引用：该研究为MOFs在环境监测和污染治理中的应用提供了新的思路，具有重要的科学意义和实际应用价值。

A novel and universal metal-organic frameworks sensing platform for selective detection and efficient removal of heavy metal ions
文章作者：Shi-Wen Lv, Jing-Min Liu, Chun-Yang Li, Ning Zhao, Zhi-Hao Wang, Shuo Wang
DOI：10.1016/j.cej.2019.122111
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719315050

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