基于偶氮苯衍生物构筑的Y-MOF的合成、 表征及对硝基化合物的荧光检测性能

doi:10.7503/cjcu20250365

摘要/Abstract

摘要：

以8-羟基喹啉和5-氨基间苯二甲酸为原料，通过偶氮反应合成了偶氮苯衍生物（E）-5-[(8-羟基喹啉-5-基)二氮烯基]间苯二甲酸（H₃L），并采用溶剂热合成方法将其与稀土离子Y³⁺配位，制备了金属有机框架（MOF）： {[Y(L)(H₂O)₂]·2.25H₂O} _n；通过单晶X射线衍射、热重分析、红外光谱及粉末X射线衍射分析对其进行了表征. 单晶X射线衍射分析表明，该MOF的三维网络结构中具有一维孔道；粉末X射线衍射分析表明，该MOF在多种有机溶剂及pH＝2~12的水溶液中均具有良好的稳定性. 该MOF可以作为荧光传感器，通过荧光猝灭效应准确检测多种硝基化合物. 实验和理论计算表明，发光猝灭可归因于MOF与分析物之间的电子转移和共振能量转移两种机制.

关键词: 金属有机框架, 晶体结构, 荧光探针, 硝基化合物

Abstract:

Using 8-hydroxyquinoline and 5-aminoisophthalic acid as raw materials， an azobenzene derivative，（E）-5-［（8-hydroxyquinolin-5-yl）diazenyl］isophthalic acid（H₃L）， was synthesized through an azo reaction. A metal-organic framework（MOF），｛［Y（L）（H₂O）₂］·2.25H₂O｝ _n， was prepared by coordinating H₃L with the rare earth ion Y³⁺via a solvothermal synthesis method. The MOF was characterized using single-crystal X-ray diffraction analysis， thermogravimetric analysis， infrared spectroscopy， and powder X-ray diffraction analysis. Single-crystal X-ray diffraction analysis revealed that the MOF possesses a three-dimensional network structure with one-dimensional channels. Powder X-ray diffraction analysis demonstrated that the MOF exhibits excellent stability in various organic solvents and aqueous solutions with pH values ranging from 2 to 12. This MOF can serve as an excellent fluorescent sensor for accurately detecting various nitro compounds through fluorescence quenching. Experimental and theoretical calculations indicate that the luminescence quenching can be attributed to electron and resonance energy transfer between the MOF and the analytes. This study contributes to advancing research on MOF materials for their applications as fluorescent sensors.

Key words: Metal-organic framework, Crystal structure, Fluorescence probe, Nitro compound

中图分类号:

O614.3

TrendMD:

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图/表 9

Table 1 Crystal data for Y-MOF(CCDC No.2512161)

Compound	Y⁃MOF	D_c/（Mg∙m^‒3）	1.636
Empirical formula	C₁₇H₁₇N₃O_9.25Y	μ/mm^‒1	4.563
Formula weight	500.24	Z	8
Wavelength/nm	0.154184	F（000）	2024.0
Crystal system	Monoclinic	Range for data collection/（°）	5.0190-70.5452
Space group	I2/a	Reflections collected	7116
a/nm	1.10579（2）	T/K	298
b/nm	1.49217（2）	Data/restraints/parameters	3821/12/276
c/nm	2.49275（4）	Final R indices［I>2σ（I）］^*	R₁=0.0372， wR₂=0.1019
V/nm³	4.06208（12）	R indices（all data）	R₁=0.0482， wR₂=0.1086

Fig.1 The asymmetry unit of Y⁃MOF[symmetry code: (i) 1-x, 1-y, 1-z; (ii) 1.5-x, y, 1-z; (iii) x-0.5, y+0.5, z-0.5](A), coordination mode of L3- ligand(B) and 3D network structure of Y⁃MOF along the a axis(C)

Fig.2 Thermogravimetric curve of Y⁃MOF(A), XRD patterns simulated from the single⁃crystal data of Y⁃MOF and of synthesized Y⁃MOF(B) and patterns of Y⁃MOF in aqueous solutions at different pH values

Fig.3 Emission spectra of Y⁃MOF and free H3L ligand dispersed in water when excited at 222 nm

Fig.4 S⁃V 3D plots of the analytes in the high concentration range of the analytes

Fig.5 Plots of the fraction of the luminescence intensity of Y⁃MOF vs. the concentrations of the analytes

Fig.6 PXRD patterns of Y⁃MOF after soaking in different NACs for 24 h

Fig.7 Orbital energy level diagrams of ligand H3L and NACs

Fig.8 UV⁃Vis absorption spectra of nine NACs and the fluorescence emission spectra of Y⁃MOF

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