【摘 要】
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金属有机框架(MOFs)材料是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的杂化材料,具有多孔性、高比表面积、结构可调等优点,已用于气体吸附与分离、传感、催化等领域。近年来,为了满足MOFs器件化的需要,MOFs被负载于不同基底之上以扩展其应用。纸基材料因具有成本低、可抛可弃、化学相容性好等特点而成为发展MOFs器件的理想基底。因此,本论文以纸基材料作为载体,通过水热和环炉辅助原位生长法,以铜作
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金属有机框架(MOFs)材料是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的杂化材料,具有多孔性、高比表面积、结构可调等优点,已用于气体吸附与分离、传感、催化等领域。近年来,为了满足MOFs器件化的需要,MOFs被负载于不同基底之上以扩展其应用。纸基材料因具有成本低、可抛可弃、化学相容性好等特点而成为发展MOFs器件的理想基底。因此,本论文以纸基材料作为载体,通过水热和环炉辅助原位生长法,以铜作为金属源,以2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪(TATB)和2,5-二羟基对苯二甲酸(DOBDC)作为配体,在纸基底表面原位合成了具有高催化活性的铜基MQFs材料(Cu-TATB和Cu-MOF-74)。将Cu-TATB的气体吸附作用及对鲁米诺-过氧化氢(luminol-H2O2)化学发光体系的催化作用相结合,发展了测定呼气中挥发性含硫化合物(VSCs)的比色/化学发光纸基传感器;利用Cu-MOF-74催化一氧化氮(NO)-H2O2体系化学发光的性质,建立新的测定NO的化学发光体系,通过纸芯片的巧妙设计与分离功能,实现了全血样品中NO含量的测定。本论文构建了灵敏、便携的高催化性能MOFs纸芯片,为MOFs纸基传感器在分析中的应用拓宽了道路。本研究论文分为三部分,第一章为综述,主要介绍了金属有机框架材料的特点及应用,概述了纸基分析装置,总结了金属有机框架纸基材料制备方法及在分析中的应用。第二、三章为研究报告,研究内容如下:一、原位生长Cu-TATB纸基传感器用于比色/化学发光双模式检测呼出气体中VSCs本研究通过水热原位生长法将Cu-TATB键合于纸基表面,构建Cu-TATB纸基传感器(Cu-TATB@paper),实现对呼出气体中VSCs的比色/化学发光双模式检测。Cu-TATB的多孔结构可特异性地捕获和吸附VSCs,其Cu活性位点与VSCs中S反应生成CuS,使Cu-TATB@paper颜色由水蓝色变为棕绿色,实现对VSCs的比色传感,检出限为0.06 μM。同时,Cu-TATB具有催化luminol-H2O2化学发光的性能,CuS的生成使其化学发光信号降低,因此可用于化学发光检测VSCs,检出限为8 nM。所构建的便携式、高灵敏的纸基传感器在呼气分析中显示了良好的精密度和稳定性,展示了其作为呼气传感器的潜力,丰富和拓展了 MOFs在纸基材料上的应用。二、环炉辅助-原位合成Cu-MOF-74纸基化学发光传感器用于全血中NO的测定本研究首次利用环炉实现了 MOFs在纸基表面的原位合成,将具有一定构型的纸芯片放置在环炉之上,利用环炉的边区加热及洗涤功能,可以在纸上相应密闭空间内定点原位合成MOFs。该方法在30分钟内可实现MOFs的合成,且用量可控,通用性强,适用于在纸表面原位合成不同的MOFs。对该方法在纸表面原位合成MOFs的原理利用蒸汽冷凝沉积进行了初步探讨。将该方法原位合成的Cu-MOF-74用于特异性催化NO-H2O2化学发光的反应,通过纸芯片的巧妙设计与分离功能,实现了全血样品NO的灵敏测定,线性范围为2-100 nM,检出限为0.8 nM。本研究开发MOFs纸基的快速、定点原位合成方法,为MOFs纸基传感器的应用开拓了新的研究思路。
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