开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 研究背景
金属有机骨架材料(metal—organic frameworks, MOFs)是由金属离子或离子簇和有机配体通过配位作用自组装形成的多孔的有机-无机杂化材料。作为一种新型功能材料,金属有机骨架材料具有诸多优点:一、多孔性:金属有机骨架材料以金属离子或离子簇作为节点,有机配体作为连接桥构建永久的具有完整骨架的多孔网络结构,这与传统的多孔材料(例如沸石和其他分子筛)不同,且金属有机骨架材料的比表面积和孔体积较大,超过沸石的两倍;二、结构可调性:金属离子的配位构型和有机配体的几何构型对金属骨架材料的多孔网络结构起着决定性作用。有机配体的种类、配位方式对材料空间结构的改变具有很大的影响,改变有机配体的基团和长度能够改变材料的孔隙率从而获得更为理想的材料。目前,常用的有机配体一般为芳香类羧酸配体和咪唑类有机配体,混合配体正被广泛运用于新型结构的构建中。而不同的金属离子或离子簇因外层电子和空轨道具有差异,对材料的空间结构也有明显的影响,以单一金属作为材料节点时,主要参考金属离子本身的配位构型,以多金属为材料节点时,需要考虑该单元结构的设计,金属簇的金属原子个数越多,材料设计难度越大;三、可修饰性:为实现金属有机骨架材料材料的功能化及多样化,可对骨架材料的金属中心和有机配体进行修饰,引入需要的功能团,这种把骨架材料作为载体,对其进行反应引入功能团的方法称为“后功能化”。此外,也可以对有机配体先进行基团修饰,再在合适的合成条件下与金属离子或离子簇组装构建目标材料,这种方法称为“前功能化”[1-2]。金属有机骨架材料的这些优点使其在气体储存分离、离子交换、催化、传感器等方面具有广阔的发展前景。
特别地,由于金属有机骨架材料自身丰富的发光中心及材料的可调控性和可修饰性,金属有机骨架材料成为了传感器领域的研究热点。其发光机理主要包括有机配体发光,金属离子发光,电荷转移发光以及客体分子诱导发光等形式[3]。有机配体发光主要是从第一激发态到基态的跃迁。金属离子发光主要是基于不同的电子能级产生的光学性质。而电荷转移发光主要分为以下三种方式:配体-金属转移、金属-配体转移以及配体之间的转移。目前,几种常见的使金属有机骨架材料具有发光性能的方法有:一、利用配体发光:在合适波长光的激发下,配体能够发光,且一般是配体分子内部的n-pi;* 或pi;-pi;* 的能级跃迁所致。而在成型的金属有机骨架材料中,有机配体与金属离子或离子簇的配位作用能有效增加有机配体的刚性并减少能级跃迁时的能量损失,因此材料的荧光与配体的相比有所加强[4];二、利用稀土金属代替常用金属:与传统的金属有机骨架材料相比,稀土金属有机骨架材料的发光位点丰富,其结构中的金属中心、有机配体等都可以作为发光中心,且借助稀土金属特殊的光学性能,稀土金属有机骨架材料具有从紫外到近红外的的发光范围[5]。其中,金属铽(Tb)和铕(Eu) 因在可见区具有荧光发射特点常被用作骨架材料的节点[6];三、利用染料分子发光:染料分子的光活性需要在单分散状态下实现,但溶剂中的染料分子常发生团聚,借助金属有机骨架材料自身的多孔网状结构组装染料分子,材料的规则的孔道可以将染料分子有效地分散,避免染料分子团聚,使其表现出其良好的光活性[7]。
虽然现阶段对金属有机骨架材料的发光性能研究较多,但仍存在着不少有待解决的问题:一、部分发光性能较好的的金属有机骨架材料存在着稳定性较差的问题,如目前,稀土金属有机骨架材料大都是以有机溶剂为媒介,在水溶液中不稳定,而且稀土金属自身的荧光发射强度受环境因素影响较大,这些都限制了其实际应用范围;二、部分稳定性较好的金属有机骨架材料存在发光性能不理想的问题,这些材料的荧光发射强度较弱,发光范围与可见光区距离较远;三、部分金属有机骨架材料的合成方法和获得发光性能的方法较为复杂,反应条件要求较为严格,合成成本较高,不适合批量生产[8]。因此设计一种发光性能理想且强度稳定的金属有机骨架材料是有必要的。
本研究中所选用的ZIF-8是金属有机骨架材料中较为常用的材料之一,ZIF-8是一种以Zn为金属源、咪唑为有机配体在溶剂中反应生成的具有沸石骨架结构的金属有机骨架材料。ZIF-8作为金属有机骨架材料的一员,具有多孔性、结构可调性和可修饰性等优点,同时,与同金属有机骨架材料相比,ZIF-8在水热及化学性能方面有更好的稳定性,且其制备方法简单多样,因此本研究选用ZIF-8作为基础骨架材料对其进行加工修饰[9-11]。
- 研究目的
为研发出一种发光性能理想且强度稳定的金属有机骨架材料,本研究利用金属有机骨架材料自身的界面悬键,选用配位稳定常数相对较小的配体8-羟基喹啉对ZIF-8表面上未结合的Zn2 离子空位点进行修饰,通过简单的固体粉末研磨法得到稳定且发光效果理想的8-羟基喹啉修饰的ZIF-8荧光探针(8-HQ@ZIF-8),并对其合成条件、探针性质及其在生化分析中的应用进行研究。
- 研究内容
1、荧光探针的制备及表征:
(1)制备8-HQ@ZIF-8荧光探针,优化制备条件;
(2)对制备获得的8-HQ@ZIF-8荧光探针进行表征。
2、荧光探针的生化分析:
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