CCL综述: 南华大学共价有机框架在金属离子荧光传感应用研究综述

自工业革命以来，解决金属离子造成的环境污染问题并科学防控系列风险一直是环境修复和净化的主要目标。大部分金属离子与人类的健康紧密关联，轻微过量即可导致诸多健康风险。因此，开发高效监测食品和水体中痕量金属离子的方法刻不容缓。共价有机框架（COFs）是由分子构筑单元通过强共价键连接而成的，具有质量密度低、比表面积大、孔结构可控等特点，其合理设计和定向合成受到了广泛关注，这使得建立金属离子传感系统成为可能。

近日，南华大学李乐/甄德帅课题组在Chin. Chem. Lett.杂志上发表了题为“A review of covalent organic frameworks for metal ion fluorescence sensing” (Doi：10.1016/j.cclet.2023.109249) 的综述文章，介绍了与人体健康相关的金属离子污染来源及危害，并着重概述了COFs荧光传感材料的制备方法、功能化策略和传感机理。

图1.功能化COFs荧光传感检测金属离子

首先介绍了与健康相关的一些金属离子（Fe3+, Cu2+, Zn2+, Co2+, Au+, Hg2+, UO22+等）造成环境污染的主要来源及其对生物体的毒性作用。

图2.金属离子对生物体的影响和危害

COFs是一种非常有前景的荧光传感材料，可以通过共价键将各种具有π共轭平面的发光单体组装从而构建高度有序的2D或3D拓扑骨架。通过官能团的设计和修饰实现金属离子的选择性识别和特异性荧光检测。

然后本文通过综述COFs荧光材料的种类、结构、荧光特性及其与金属离子的相互作用机制，对COFs在金属离子检测的应用现状做了归纳总结。详细论述COFs荧光材料的合成方法、官能团设计和荧光性能，探讨了具有不同结构和基团的COFs荧光传感检测金属离子的检出限及其相互作用机制和应用范围等。

图3.COFs荧光材料设计及其对金属离子的特异性识别和传感流程图

最后，该课题组对COFs荧光检测金属离子的应用局限性进行了总结和展望：（1）大多数COFs主要组成是C, N和O元素，很大程度上限制了可连接官能团的类型。（2）由于应用检测条件和选择性的限制，COFs基荧光传感器无法满足较强的现场检测需求。（3）COFs的官能团与金属离子之间的相互作用机制尚不完全清楚，其受到COFs的拓扑结构，官能团，静电作用等综合因素影响。因此，官能团种类和成键方式的创新是提高COFs荧光传感应用潜力的重要途径之一，此外，还需要从微观结构上多角度对COFs与金属离子的相互作用机制进行深入探讨。

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