含硫多孔芳香框架材料的制备及超灵敏检测同步去除汞的双重性能

doi:10.7503/cjcu20240138

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 20240138.doi: 10.7503/cjcu20240138

含硫多孔芳香框架材料的制备及超灵敏检测同步去除汞的双重性能

刘星雨¹, 张晓晶¹, 向婷婷¹, 陈士欣¹, 马硕¹, 邵慧敏², 崔博², 夏春龙³, 李岩¹, 布乃顺¹(), 李丛³()

^1.辽宁大学环境学院, 2. 化学院, 沈阳 110036
^3.抚顺水文局, 抚顺 113000

收稿日期:2024-03-25 出版日期:2024-07-10 发布日期:2024-05-17
通讯作者: 布乃顺,李丛 E-mail:bunaishun@lnu.edu.cn;19692248@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(31972522);辽宁省自然科学基金(2021-MS-149);“兴辽英才计划”青年拔尖人才项目(XLYC2007032);抚顺水文局课题、辽宁润中供水有限责任公司课题和辽宁大学大学生创新创业训练计划项目资助

Preparation of Sulfur-containing Porous Aromatic Framework Materials and Their Dual Performance in Ultra-sensitive Detection and Simultaneous Removal of Mercury

LIU Xingyu¹, ZHANG Xiaojing¹, XIANG Tingting¹, CHEN Shixin¹, MA Shuo¹, SHAO Huimin², CUI Bo², XIA Chunlong³, LI Yan¹, BU Naishun¹(), LI Cong³()

^1.School of Environment
^2.College of Chemistry，Liaoning University，Shenyang 110036，China
^3.Fushun Hydrological Bureau，Fushun 113000，China

Received:2024-03-25 Online:2024-07-10 Published:2024-05-17
Contact: BU Naishun, LI Cong E-mail:bunaishun@lnu.edu.cn;19692248@qq.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(31972522);the Natural Science Foundation of Liaoning Province, China(2021-MS-149);the Liaoning Revitalization Talents Program, China(XLYC2007032);the Project of Fushun Hydrological Bureau of China, the Project of Liaoning Runzhong Water Supply Co., LTD, China and the College Students’ Innovative Entrepreneurial Training Plan Program of Liaoning University, China

摘要/Abstract

摘要：

Hg/Hg(II)被认为是对人体毒性较大的重金属, 制备能超灵敏检测同步高效去除有毒Hg²⁺的新材料对治理汞污染有重要作用. 本文通过Suzuki偶联反应合成了一种含硫多孔芳香框架材料(LNU-19), 共轭结构和灵活的噻吩连接片段显著增强了其发光能力, 该材料具有良好的孔隙率、比表面积及高亲和力螯合位点(噻吩基团), 可实现对Hg²⁺的双重功能应用. LNU-19具有灵敏度高、选择性好、可视性好及实时响应等优良的传感性能, 同时对Hg²⁺的吸附容量为121.3 mg/g. 通过引入噻吩位点和调控骨架结构, 为优化提升多孔芳香框架制备策略提供了新途径.

关键词: Suzuki偶联, 多孔芳香框架, 荧光检测, 汞吸附

Abstract:

Hg/Hg（II） is considered to be a highly toxic heavy metal to humans， and the preparation of new materials that can detect and remove toxic Hg²⁺ simultaneously and efficiently is an important support for the control of mercury pollution. In this study， a sulfur-containing porous aromatic framework material（named LNU-19） was synthesized by Suzuki coupling reaction， and its conjugated structure and flexible thiophene-linked fragment significantly enhanced its luminescence ability， and the material had good porosity， specific surface area and high affinity chelating site（thiophene group）， realizing the dual functional application of LNU-19 to Hg²⁺. LNU-19 has excellent sensing performance such as high sensitivity， good selectivity， good visibility and real-time response， and has an adsorption capacity of 121.3 mg/g for Hg²⁺. In this study， the introduction of thiophene sites and the regulation of the skeleton structure provided a new way to optimize and improve the preparation strategy of porous aromatic frameworks.

Key words: Suzuki conjugation, Porous aromatic framework, Fluorescence detection, Mercury adsorption

中图分类号:

O657

TrendMD:

刘星雨, 张晓晶, 向婷婷, 陈士欣, 马硕, 邵慧敏, 崔博, 夏春龙, 李岩, 布乃顺, 李丛. 含硫多孔芳香框架材料的制备及超灵敏检测同步去除汞的双重性能. 高等学校化学学报, 2024, 45(7): 20240138.

LIU Xingyu, ZHANG Xiaojing, XIANG Tingting, CHEN Shixin, MA Shuo, SHAO Huimin, CUI Bo, XIA Chunlong, LI Yan, BU Naishun, LI Cong. Preparation of Sulfur-containing Porous Aromatic Framework Materials and Their Dual Performance in Ultra-sensitive Detection and Simultaneous Removal of Mercury. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(7): 20240138.

图/表 12

Fig.1 FTIR spectra of LNU⁃19(a), 2,5⁃bis⁃thiopheneboronic acid pinacol ester(b) and 2,4,6⁃tri(4⁃bromophenyl)⁃1,3,5⁃triazine(c)(A), solid⁃state 13C CP/MAS NMR spectrum(B) and PXRD spectrum(C) of LNU⁃19 and thermogravimetric curve of LNU⁃19 in an air atmosphere(D)

Fig.2 FTIR spectra of LNU⁃19 after 24 h treatment under methanol(a), ethanol(b), THF(c), acetone(d), dichloromethane(e), chloroform(f) and DMF(g)

Fig.3 SEM(A) and TEM images(B), nitrogen adsorption⁃desorption isotherms(C) and pore size distribution(D) of LNU⁃19

Fig.4 Solid⁃state UV⁃Vis absorption spectroscopy of LNU⁃19

Fig.5 Fluorescence spectra of LNU⁃19 in differentsolvents with the concentrations of 250 μg/mL

Fig.6 Photographs of LNU⁃19 with chloroform(a), DMF(b), ACN(c), acetone(d), THF(e), methanol(f), dichloromethane(g) and etOH(h) under UV lamp

Fig.7 Fluorescence spectra of LNU⁃19 at different concentrations in tetrahydrofuran

Fig.8 Plus mercury ions and fluorescence quenching photos of LNU⁃19(a) and LNU⁃19@Hg2+(b)Inset： photographs of LNU-19 and LNU-19@Hg2+ in tetrahydrofuran.

Fig.9 Fluorescence response diagram of LNU⁃19 plus different ions(A), LNU⁃19 isotherm for mercury adsorption(B), mercury adsorption kinetics of LNU⁃19(C) and first⁃order kinetics of mercury adsorption by LNU⁃19(D)Inset of （C）： second-order kinetics of mercury adsorption by LNU-19.

Fig.10 FTIR spectra of LNU⁃19(a) and LNU⁃19@Hg2+(b)

Fig.11 S 2p XPS spectra of LNU⁃19 before and after the adsorption of Hg2+(A) and Hg 4f XPS spectra of LNU⁃19 after the adsorption of Hg2+(B)

Fig.12 Diagram of the detection of different concentrations of mercury ions onfluorescent filter paper loaded with LNU⁃19

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