一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物对水溶液中Fe3+的高灵敏选择性检测

doi:10.7503/cjcu20250165

摘要/Abstract

摘要：

利用邻羧基苯亚甲基膦酸(2-pmbH₃)配体与铀酰离子构筑了一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物(UO₂）· （2-pmbH₂)₂(1). 其中，膦酸基团通过2个氧原子桥联铀酰离子形成一维链, 链骨架两侧有序分布着质子化的羧酸基团和膦酸氧原子, 链与链之间通过氢键相互作用形成超分子网络. 此外, 化合物1展现出较高的水稳定性(在pH=1~12范围内保持稳定)和良好的发光性能(量子产率QY=14.1%). 通过荧光法分析化合物1在不同金属离子水溶液中发光强度的变化发现, 仅Fe³⁺可使化合物1的最强特征发射峰(λ_em=524 nm)发生>95%的猝灭, 表现出显著的选择性. 建立了Fe³⁺浓度与化合物1荧光强度的定量关系, 表明该传感材料在低浓度(0~0.04 mmol/L)范围内呈现良好的线性响应(R²=0.99)及低的检出限(3.67×10^-7 mol/L). 基于此, 化合物1凭借其独特的分子结构、良好的发光特性和较高的水环境稳定性, 以及对水溶液中Fe³⁺离子表现出的高选择性和灵敏的猝灭响应特征, 在金属阳离子传感检测方面显示出优异的性能.

关键词: 铀酰羧酸膦酸配位聚合物, 荧光, Fe³⁺, 金属离子检测

Abstract:

A one-dimensional uranyl carboxyphosphonate coordination polymer，（UO₂）（2-pmbH₂）₂（1）， was synthesized from 2-pmbH₃ ligand and uranyl ions. In this structure， phosphonate groups bridge uranyl ions through two oxygen atoms to form one-dimensional chain， with protonated carboxyl groups and phosphonate oxygen atoms orderly distributed on both sides of the chain backbone. Interchain hydrogen-bond interactions form a supramolecular network. Furthermore， compound 1 exhibits high water stability（stable at pH=1—12） and good luminescent properties（quantum yield QY=14.1%）. Fluorescence analysis of compound 1 in various metal ion aqueous solutions revealed that only Fe³⁺ can induce >95% quenching efficiency for its strongest characteristic emission peak（λ_em=524 nm）， demonstrating remarkable selectivity. By establishing a quantitative relationship between Fe³⁺ concentration and fluorescence intensity of compound 1， the sensing material shows a good linear response（R²=0.99） in the low concentration range（0—0.04 mmol·L^-1） with a low detection limit（3.67×10^-7 mol/L）. Therefore， due to its unique molecular structure， good luminescent properties， high water stability， as well as its high selectivity and sensitive quenching response toward Fe³⁺ ions in aqueous solutions， compound 1 demonstrates great potential as a sensing material for the detection of metal ions.

Key words: Uranyl carboxyphosphonate coordination polymer, Luminescence, Fe³⁺, Metal ions detection

中图分类号:

O641

TrendMD:

温哥华, 薛静漪. 一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物对水溶液中Fe³⁺的高灵敏选择性检测. 高等学校化学学报, 2025, 46(12): 20250165.

WEN Gehua, XUE Jingyi. One-Dimensional Uranyl Carboxyphosphonate Coordination Polymer for Highly Sensitive and Selective Detection of Fe³⁺ ion in Aqueous Media. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(12): 20250165.

图/表 6

Fig.1 PXRD patterns of simulated and synthesized sample of compound 1(A) and TG curves of compound 1(B)

Fig.2 Structure unit of compound 1(A), 1D chain structure of compound 1(B), hydrogen bonding interaction of compound 1(C) and 3D supermolecular structure of compound 1(D)Symmetric codes for compound 1： A： 1+x， y， z； B： 1－x， 2－y，－z； C： 2－x， 2－y，－z.

Fig.3 Photoluminescence spectra of compound 1 at 315 nm excitation(A), the color coordinates of compound 1(B) and the digital images of compound 1 under 365 nm irradiation(C)

Fig.4 Fluorescence spectra of compound 1 in different metal ion solutions(A) and the relative fluorescence intensities(524 nm) of compound 1 in aqueous solutions of different metal ions(B)

Fig.5 Emission spectra of compound 1 with different concentrations(a→p： 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300 μL) of Fe3+ solution(A) and fluorescence Stern⁃Volmer equation and the linear relationship of I0/I－1 with Fe3+ concentration(B)Inset in （A）： corresponding luminescence photograph of compound 1 immersed in Fe3+ solution）； Inset of （B）： partly enlarge picture.

Fig.6 SEM images and P, Fe elements EDS mapping of compound 1(A), PXRD patterns of compound 1 before and after soaked in the Fe3+ solutions(B) and IR spectra of compound 1 before and after soaked in the Fe3+ solutions(C)

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一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物对水溶液中Fe³⁺的高灵敏选择性检测

One-Dimensional Uranyl Carboxyphosphonate Coordination Polymer for Highly Sensitive and Selective Detection of Fe³⁺ ion in Aqueous Media

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