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为什么功能MOFs的研究进展值得关注？

先丰纳米

2025-11-11

过去二十年，金属-有机框架（MOF）从实验室的奇思妙想，迅速崛起为材料科学界的明星。它以其近乎无限的结构可设计性，为我们打开了一扇“定制功能材料”的大门。如今，功能型MOF的发展正站在一个充满机遇的十字路口，其未来前景远超单一的吸附存储，正全面迈向 “功能化与智能化” 的新纪元。

本期小丰整理了发光MOF、导电MOF和磁性MOF的最新研究进展，一起看下吧~

Advanced Materials

一种基于Eu-MOF的比率荧光传感器

生物胺（如腐胺、精胺等）是肉类和海鲜产品腐败的关键指标，其含量与食品新鲜度呈显著负相关。然而，传统的检测方法（如高效液相色谱和电化学传感器）因依赖复杂的样品预处理、昂贵的仪器和专业操作，限制了其在快速现场检测中的应用。因此，开发一种简单、快速、可视化的生物胺检测技术对于保障食品安全具有重要意义。

近日，期刊Advanced Materials报道研究人员设计了一种基于吡嗪喹啉（Pyrazinoquinazoline）的Eu-MOF（铕基金属有机框架）比率荧光传感器，该传感器能够实时监测肉类腐败过程中生物胺的动态变化，实现了对生物胺的高灵敏度检测。

在该项工作中，研究人员通过配位组装，将吡嗪喹啉四羧酸（H₄L）和Eu³⁺构建为一个刚性的MOF框架。利用“天线效应”，实现了配体π→π*跃迁（495nm）和Eu 5D0→7F2特征发射（615 nm）的同时激活，从而实现双信号输出，因此可以在不同生物胺存在下表现出不同的荧光行为。例如，腐胺和精胺能使Eu-MOF的荧光从橙色完全转变为绿色，而酪胺和苯胺则导致荧光猝灭。检测限低至3.7-9.1µM，响应时间小于10分钟。

此外，Eu-MOF具有良好的选择性、抗干扰能力和稳定性，在多种潜在干扰物质（如金属离子、阴离子、氨基酸和小分子）存在下仍能保持良好的荧光响应，而且多次循环测试中都表现出良好的响应效果，具有优异的重复使用性。

进一步的，Eu-MOF@水凝胶传感器可结合智能手机分析技术，实时监测虾和鸡肉在0-25°C储存下的腐败过程，通过荧光颜色变化直观反映胺类积累水平，为肉类新鲜度监测提供了一种快速、可视化的解决方案。

文献名称：Pyrazinoquinazoline-Based Eu-MOF Ratiometric Fluorescence Sensing: Real-Time Monitoring of Meat Spoilage Enabled by Dynamic Regulation of LMCT/LLCT Triggered by Biogenic Amines

ACS Sensors

导电MOF首次实现水溶液中实现高效NO电化学检测！

电化学传感技术因其快速检测、动态监测等优势，在一氧化氮（NO）的检测领域备受关注。然而，现有材料在复杂生物环境中对NO的灵敏、选择性检测面临诸多挑战，如制备工艺复杂、结构不利于微型化、机械性能差以及长期稳定性不足等。

近日，期刊ACS Sensors报道研究人员首次将导电金属-有机框架（MOFs）材料应用于水相中NO的电化学检测，拓展了这类材料在电化学传感领域的应用范围。

在该项工作中，研究人员选取了基于六羟基三苯撑（HHTP）配体与第一过渡系金属节点（M = Co, Ni, Cu, Zn）构建的四种MOFs，将其作为薄膜工作电极，通过伏安法和安培法技术来促进NO的氧化反应。研究发现，铜和镍连接的MOF类似物相较于控制用的玻璃碳电极，对微摩尔浓度NO的检测信号增强了5到7倍；而锌基MOF电极的增强效果有限，钴基MOF则因在接近NO氧化的电位处具有内在的氧化还原活性而干扰了传感。

由于MOF薄膜在高电位下于光滑玻璃碳电极表面的稳定性有限，研究人员通将MOFs与导电聚合物结合，有效提高了电极在重复电化学扫描下的稳定性，信号在10次扫描中的降幅仅为14±3%。其中，稳定的Ni₃(HHTP)₂@聚合物涂层电极能够在安培传感实验中检测到生理相关浓度的NO，检测限低至9.0±4.8纳摩尔，并且对常见干扰物维生素C和亚硝酸盐展现出适度的选择性。

此外，研究人员将Ni₃(HHTP)₂集成到丝网印刷电极中，实现了在高度微型化的格式下对NO的纳摩尔浓度检测，且在模拟伤口液体环境中仍能保持对NO的检测能力，尽管灵敏度有所下降。这表明，经过进一步的发展，层状导电MOFs有望成为NO检测的有前景的电极材料，可集成到各种灵活的可穿戴或可植入设备中，用于实时NO传感监测。

文献名称：Employing Triphenylene-Based, Layered, Conductive Metal–Organic Framework Materials as Electrochemical Sensors for Nitric Oxide in Aqueous Media

Journal of Hazardous Materials

磁性MOF用于高效、广谱吸附微/纳米塑料

微/纳米塑料由于其固有的毒性和与共存污染物的协同效应，对环境生态系统和人类健康构成了重大风险。虽然金属有机框架（MOFs）作为微塑料去除的高效吸附剂显示出巨大的潜力，但控制其吸附机制的结构-活性关系仍然知之甚少。

近日，期刊Journal of Hazardous Materials报道研究人员设计并合成了一种磁性MOFs材料（Fe₃O₄@羧甲基纤维素-MOFs）以吸附微/纳米塑料，系统地研究了五种Fe₃O₄@CMC-MOFs复合材料对微/纳米塑料的吸附行为，特别强调阐明结构-性质相关性。此外，从结构差异出发，通过理化表征、吸附动力学和等温线以及密度泛函理论系统分析了吸附机制。

研究结果表明，Fe₃O₄@羧甲基纤维素@MIL-101-NH₂主要通过范德华相互作用对聚苯乙烯（PS）表现出优异的吸附性能。在最佳条件下，Fe₃O₄@羧甲基纤维素@MIL-101-NH₂能够吸附98.0%和245.1 mg/g的PS，基于Langmuir等温模型的最大吸附量为1923 mg/g，并且在5个循环后仍保持>89.0%的效率。

值得注意的是，磁性MOFs材料还对其他类型的微塑料（如聚丙烯和聚乙烯）表现出令人满意的吸附性能，即使这些微塑料具有不同的形状、微/纳米尺寸和带电性（>250 mg/g）。此外，Fe₃O₄@羧甲基纤维素@MIL-101-NH₂可以有效地去除饮料中>81.0%的微/纳米塑料。

DFT模拟进一步揭示MIL-101-NH₂在Fe₃O₄@CMC上的功能化通过协同的共价和非共价相互作用显著增强了PS的吸附能力。MIL-101-NH₂-PS表现出显著增强的亲和力，总结合能为-0.443 eV。这种驱动力来自于PS苯环和MIL-101-NH₂中的Fe簇之间的范德华力相互作用，以及PS链中的C-H键和MIL-101-NH₂中的芳香氧原子之间的极性吸引。