《Inorganic Chemistry Communications》：Specific review of fluorescence-based anion detection in water media using UiO-66 type metal-organic frameworks (MOFs: UiO-66)
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金属有机框架（MOFs）材料如UiO-66因其高稳定性、选择性和灵敏度，成为水环境中阴离子（如CrO?2?、F?、CN?等）荧光传感的核心材料，通过氢键、配体去质子化及电子转移机制实现检测，并探讨其从实验室到便携设备的转化挑战。
B. Muh Rizal|Eduwin Saputra|Fajar Inggit Pambudi|Fricila Sasqia Wardana|Syahriani
印度尼西亚占碑市占碑大学科学与技术学院化学系，邮编36361
摘要
水资源受到有害成分的污染，包括有毒阴离子（如氧合阴离子CrO42?和Cr2O72?）、氟化物（F-）、氰化物（CN-）、磷酸盐（PO43-）、亚硝酸盐（NO2-）、次氯酸盐（ClO?和高氯酸盐（ClO4-）以及碳酸根离子（CO32?），这对全球公共卫生和生态稳定性构成了严重威胁。在各种分析技术中，基于荧光的传感方法因其高灵敏度、快速响应能力和“现场”监测潜力而成为关键方法。最近，奥斯陆大学（UiO）开发了金属有机框架（MOFs），特别是功能化的UiO-66、UiO-67和UiO-68，其中UiO-66及其衍生物作为水环境中离子检测的优越荧光平台受到了广泛关注。本文深入分析了水介质中的阴离子检测机制，包括荧光猝灭和增强现象。特定相互作用，如氢键形成、配体脱质子化以及目标阴离子与UiO框架之间的电子转移，是选择性的关键因素。最后，我们总结了MOFs-UiO在水检测中的挑战和未来前景，讨论了从实验室规模粉末向集成便携式设备（如薄膜传感器和纸质试纸）的转变。通过弥合材料合成与实际环境应用之间的差距，本综述为开发下一代高稳定性、可回收性和高灵敏度的基于MOFs的荧光传感器提供了路线图。
引言
水是生命的关键组成部分，每个人都必须能够获得充足、安全且易于获取的水资源。改善安全饮用水的供应可以带来切实的健康益处[1]。根据世界卫生组织（WHO）的定义，安全饮用水是指在饮用过程中不会对健康造成显著风险的水，这包括不同生命阶段的敏感性差异。安全饮用水适用于所有日常家庭用途，包括饮用、食品准备和个人卫生[2]。
水中的主要污染物或污染物可分为有机和无机两类，包括消毒副产物、微生物污染物、放射性物质以及口感、气味和外观等可接受性方面[1]，[3]。水中常见的有机污染物包括有机染料、农药、酚类、药物和个人护理产品[4]。无机有毒金属以阳离子形式存在，如铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）和汞（Hg），这些金属可能存在于各种工业活动产生的液体废物中，包括采矿、金属电镀、皮革鞣制和皮革染色[5]。非金属无机污染物包括硫酸盐（SO?2?）、磷酸盐（PO42?）、硝酸盐（NO3?）、氰化物（CN?）、氟化物（F?）、氯化物（Cl?）和其他阴离子[2]，[6]。
以阴离子形式存在的无机污染物在水中具有较高的溶解度，无色且体积小，因此很容易通过工业饮用水处理过程中的过滤器。饮用水中无机阴离子浓度过高会对健康产生不良影响，包括对神经系统、肺部、肾脏、肝脏、皮肤和生殖系统的损害[2]，[7]。因此，早期检测水样中的阴离子非常重要，这是确定用作饮用水来源的水中阴离子水平的初始监测步骤。
阴离子检测常用的有两种方法：传统方法和基于纳米技术的方法。传统方法包括基于光谱的方法、离子色谱法和湿化学方法。这些方法存在设备和技术成本高、样品制备复杂、分析时间长、分析具有破坏性、环境影响大以及仪器使用不便等缺点[8]。因此，基于纳米技术的检测方法正在得到更广泛的发展，包括电化学传感器、生物传感器和基于光学的传感器（如比色法和荧光法）[9]，[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]。电化学传感器存在易受干扰和需要导电介质的缺点，而生物传感器则存在生物受体稳定性和设计复杂的问题，量热传感器则灵敏度有限且易受干扰[8]。在这些方法中，基于荧光的阴离子检测是一种相对高效的方法，因为它具有分析技术简单、实验成本效益高以及对目标分析物具有高选择性和灵敏度的优点[16]，[17]，[18]。
基于荧光的阴离子检测可以使用多种材料或化合物（荧光探针）进行，例如碳量子点（CQDs）[19]，[20]，[21]，量子点（QDs）[22]，[23]，[24]，[25]，有机化合物[26]，[27]，金纳米粒子或纳米簇（AuNCs）[28]，[29]，[30]，[31]，[32]，配位聚合物[33]，[34]，以及基于金属有机框架（MOFs）的材料[35]，[36]，[37]。图1展示了每种材料的局限性。虽然并非所有MOFs都具有作为荧光探针的能力，但它们具有许多优点，如高重复使用性、高表面积和孔隙率、多样的传感机制、敏锐的荧光响应、系统可调的带隙和电子结构，以及良好的选择性和灵敏度，其中MOFs中的金属节点通过特定相互作用能够选择性地识别特定物种[38]，[39]，[40]，[41]。能够作为荧光探针的MOFs类型包括基于锆的MOFs（如UiO-66和UiO-66-NH?）、基于铝的MOFs（如NH?-MIL-53(Al)）以及基于镧系的MOFs（如Eu-MOFs和Tb-MOFs）[42]，[43]，[44]，[45]，[46]，[47]，[48]。在这些MOFs中，MOFs-UiO在阴离子检测方面具有优势，因为它们具有高化学稳定性，能够抵抗水、各种溶剂以及酸性和碱性环境的影响，而基于锌（Zn）、铜（Cu）或钴（Co）的MOFs在水中容易降解。另一方面，UiO-66的孔隙非常稳定，可以容纳客体分子（如荧光染料或镧系离子），当目标阴离子到达时会产生信号[41]，[49]，[50]，[51]。
本文全面回顾了基于荧光的阴离子检测的最新研究。具体而言，本研究探讨了MOFs-UiO在水介质中检测各种阴离子的应用。内容涵盖了MOFs-UiO的合成和表征方法，以及其在基于荧光的阴离子检测中的应用。在检测不同类型阴离子的应用部分，详细讨论了分析物与荧光探针之间的相互作用机制。在讨论的最后，我们还提出了使用MOFs-UiO开发基于荧光的阴离子传感器所面临的挑战和未来前景。因此，本文旨在为基于荧光的阴离子检测技术以及开发选择性高且灵敏的MOFs-UiO提供新的见解，特别是用于检测饮用水中的有害阴离子和阳离子。
部分摘录
金属有机框架（MOFs）
金属有机框架（MOFs）最初由Yaghi等人于1995年合成，他们基于钴和1,3,5-苯三羧酸制备了一种二维结构，首次提出了MOFs的概念[52]。金属有机框架（MOFs），也称为多孔配位聚合物（PCPs），是由金属次级构建单元（SBUs）通过配位键连接而成的多孔晶体固体。
荧光
发光是指任何物质、化合物或材料从电子激发状态发出光的现象，这种现象既可自然发生也可人工诱导。根据发光的来源和过程，发光现象可分为生物发光、化学发光、机械发光、结晶发光、热发光和电发光，其中荧光现象属于光发光的一部分。
阴离子检测
本节将详细讨论基于荧光的阴离子检测方法。讨论重点在于选择性、灵敏度（LOD）以及阴离子（分析物）与MOFs-UiO活性位点之间的相互作用机制。使用MOFs-UiO检测阴离子的结果总结在表2中，其中包括分析物与MOFs-UiO之间的相互作用机制以及从测试线性范围内获得的LOD值。此外，我们还总结了
跨学科应用
UiO型MOFs不仅限于阴离子检测应用，还被广泛开发为各种战略领域的荧光传感器，包括环境监测、食品安全和健康生物医学。MOFs-UiO具有较高的热稳定性和化学稳定性，尤其是在水介质和宽pH范围内，使其成为实用的传感器材料。在环境监测中，荧光MOFs-UiO已被用于检测农药和重金属
挑战与未来展望
以下是对使用UiO型金属有机框架（MOFs）开发基于荧光的阴离子传感器所面临挑战和未来前景的深入回顾。尽管UiO型MOFs（如UiO-66及其衍生物）具有优异的稳定性，但从实验室规模向实际应用过渡仍面临若干技术障碍。在复杂的水环境中，阴离子的检测常常
CRediT作者贡献声明
B. Muh Rizal：撰写 – 审稿与编辑、撰写原始草稿、可视化、验证、监督、方法论、研究、概念化。Eduwin Saputra：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、概念化。Fajar Inggit Pambudi：撰写 – 审稿与编辑、撰写原始草稿、可视化、验证、方法论、概念化。Fricila Sasqia Wardana：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、研究。Syahriani：撰写 –
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
Muh Rizal 拥有S.Si.学位和硕士学位，是占碑大学化学系的助理教授和讲师。他于2024年从Gadjah Mada大学获得硕士学位。他的研究领域是金属有机框架（MOFs）的开发，例如用于基于荧光的阴离子检测、吸附剂和光催化剂的UiO型MOFs。
