基于单/双重发射的多孔荧光Ln-MOFs的合成及其检测尿液中1-羟基芘的性能研究

Cancer is now the world’s third leading cause of death. Among chemical carcinogens, PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) is a serious threat to human health because of their bioaccumulation, persistency and toxic effects. Thus, discovering and developing promising materials and methods for a quick and accurate detection of 1-HP in urine is extremely urgent. Lanthanide metal-organic frameworks (Ln-MOFs) have been used as highly efficient chemical sensors because of their special structures and excellent luminescent performances. In this project, a series of porous Ln-MOFs with high luminescent efficiency will be prepared by the self-assembly of conjugated multi-carboxylic organic ligands and Ln3+ (such as Eu3+, Gd3+ and Tb3+，etc.). Doped different Ln3+ in the system, a series of Mixed-Ln-MOFs will be developed. The stability, luminescence properties and their detecting performance of 1–HP will be analyzed. Additionally, the relationship between the framework structures, organic ligands and sensing properties will also be explored in order to guide the design and syntheses of organic ligands and improve the synthetic strategy of target Ln-MOFs. This study will not only provide strategies and methods for constructing porous Ln-MOFs with excellent luminescent properties, but also provide new guidance for developing luminescent sensors of PAHs and other pollutants in environment.

目前癌症已位列影响人类健康的第三大杀手。在化学致癌物质中，多环芳香烃物质(PAHs，Polycyclic Aromatic Hydrocarbons）在人体内具有生物富集性、持久性和毒理学效应，严重威胁着人类的健康，寻找一种快捷又精确的检测1-HP（1-hydroxypyrene，1-羟基芘，PAHs代谢物）的材料和方法迫在眉睫。本项目拟选择多种共轭多羧酸有机配体与稀土离子自组装合成具有高发光效率的多孔Ln-MOFs材料，并通过掺杂策略得到一系列Mixed-Ln-MOFs。探究材料的稳定性、发光性能以及其对1-HP的检测性能，尝试开发能够快速、准确检测1-HP的荧光传感材料。揭示其框架结构与荧光性能之间的相关性，总结配体对材料框架结构及传感性能的影响，从而指导配体的设计合成，完善材料的合成策略。本项目的顺利实施为开发用于检测PAHs或其他污染物的荧光传感器提供了新的思路和指导。

多环芳香烃物质（PAHs）是一类最常见的致癌剂，具有基因毒性、致突变性、致畸性和致癌性等。1-羟基芘，多环芳香物质在人体内的代谢物，可以作为生物标记物，指示出通过各种途径和媒介进入人体内的PAHs 的总剂量。因此，设计和开发一种方便快捷的检测尿液中1-羟基芘的材料和方法迫在眉睫。稀土金属有机框架材料因其特殊的结构和优良的发光性能成为检测各种环境有害物的潜在而有效的荧光传感器。在此背景下，本项目采用晶体工程技术，选择或合成多种刚性的、π共轭的四羧酸配体，在水热/溶剂热条件下，与稀土金属自组装构筑得到了一系列结构新颖的稀土配合物。通过X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、热综合分析、红外分析、元素分析等对其结构和基本性质进行表征。在荧光性能方面，利用荧光光谱仪，表征了所得配合物，尤其是铕配合物和铽配合物，室温下的荧光发射性能。在此基础上，对其荧光传感性能进行了系统的探究，成功合成了1例快速、灵敏、可再生的检测尿液中1-羟基芘的稀土配合物。与此同时，成功合成了9例对DMF、丙酮等有机小分子溶剂具有高灵敏度和专一性的荧光传感材料，并分析和探讨其荧光检测性能与配体的三重态能量、骨架的稳定性及孔道的尺寸大小等因素之间的内在联系，建立结构与性能的构效关系。本项目的研究工作为设计和合成结构稳定、荧光性能优良的Ln-MOFs材料提供了思路，更重要的是该工作为开发用于检测PAHs或其他污染物的荧光传感器提供了新的思路和指导。项目执行期间，已在Chem. Eng. J., Inorg. Chem., Cryst. Growth Des., CrystEngComm.等国际主流期刊发表SCI研究论文的5篇，其中一区1篇、二区4篇，顺利完成了预期的研究目标。