电化学合成导电性增加了的金属-有机骨架化合物复合膜修饰电极及其电化学传感器应用研究

Metal-organic frameworks (MOFs) are a kind of crystalline porous materials with periodic network by the inorganic metal center self-assembly interconnected with rigid organic chains. MOFs have the characteristics of large specific surface area, high porosity, controllable pore structure and stable chemical properties, which makes MOFs response specis with high sensitivity and selectivity. Because MOF conductivity is not good, the study on the electrochemical properties and electrochemical application of MOFs is still in the initial stage. The project plans to use electrochemical synthesis to prepare conductive materials-MOFs composite film modified electrode. Conductive materials comprise conductive polymers, metal nanoparticles and graphene. The introduction of conductive materials in MOF film increases not only the conductivity of MOF composite film but also the electrode surface area. The electrodes will be used as the electrochemical sensors to obtain highly sensitive and selective detection for biological substances.This project can realize the effective application of MOFs in electrochemical sensor and provide help for the preparation of the electrochemical sensors for the detection of biological substances.

金属-有机骨架化合物(MOFs)是由无机金属中心通过刚性有机链自组装相互连接形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔结构可控、化学性质稳定等特点，对物质的响应具有高灵敏高选择性。由于MOFs导电性不好，其电化学性质及电化学方面的应用研究仍处于起步阶段。本项目拟采用电化学合成的方法在电极表面原位沉积制备导电性材料-MOFs复合膜修饰电极，获得导电性增加了的MOFs复合膜修饰电极。所用导电性材料包括导电高分子聚合物、金属纳米粒子、石墨烯等。导电性材料的引入不仅增加了复合膜的导电性，同时增大了电极的表面积。将所制备的电极用作生物物质检测的电化学传感器，可实现对生物物质的高灵敏选择性检测，从而将MOFs材料有效地用于电化学传感器的研究，为研制生物物质的电化学传感器提供帮助。

金属-有机骨架化合物(MOFs)因其比表面积大、孔隙率高、孔结构可控、化学性质稳定等特点，对物质的响应具有高灵敏高选择性，因此利用MOFs基材料的特性，构建快速，高效，灵敏的电化学传感器将在环境，食品，及医药领域有广阔发展空间。但是MOFs导电性不好，因而极大地限制了其在电化学领域中的应用。我们针对该问题，展开了深入而细致的研究工作。在前期工作的基础上，利用良好导电性的石墨烯、导电高分子聚合物、金属纳米粒子对MOFs进行功能化改性，开发了基于MOFs/石墨烯、导电高分子聚合物/MOFs/石墨烯、MOFs衍生金属纳米粒子/石墨烯等系列碗状、纤维状及薄膜电化学传感器，实现其在电化学检测方面性能的提升。其中对多巴胺检测的线性响应范围为3.0-1.0 mM，检测灵敏度为0.34 μA mM-1 cm-2，对双氧水的检测限为0.023 µM，对葡萄糖表现出双线性检测：在0.01 mM-1.0 mM范围内灵敏度达148.02 μA mM-1 cm-2、在1.0 mM-8.0 mM范围内灵敏度为22.25 μA mM-1 cm-2，对肾上腺素的检测测限为0.02 uM，对四溴双酚A的检测范围为0.005 μg L-1-1200 μg L-1，对爆炸物TNT的检测限为3.3 nM。研究成果将加深MOFs在电化学传感器领域中的应用价值，并为研制生物小分子、化学分子电化学传感器提供帮助。