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

doi:10.7503/cjcu20240138

Abstract

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

CLC Number:

O657

TrendMD:

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[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(7): 20240138.

Figures/Tables 12

References 45

1	Cheng J. C.， Li Y. F.， Li L.， Lu P. P.， Wang Q.， He C. Y.， New J. Chem.， 2019， 43（20）， 7683—7693
2	Merí⁃Bofí L.， Royuela S.， Zamora F.， Ruiz⁃González M. L.， Segura J. L.， Muñoz⁃Olivas R.， Mancheño M. J.， J. Mater. Chem. A， 2017， 5（34）， 17973—17981
3	Ren X. Y.， Shi Y. Z.， Zheng H.， Zhang Y.， Zuo Q.， Sep. Purif. Technol.， 2022， 285， 120306
4	Li J.， Wang S. T.， Cao X. H.， Huang H. N.， Cao D. P.， Mater. Chem. Front.， 2021， 5（8）， 3428—3435
5	Huang N.， Zhai L. P.， Xu H.， Jiang D. L.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（6）， 2428—2434
6	Afshari M.， Dinari M.， Zargoosh K.， Moradi H.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2020， 59（19）， 9116—9126
7	Wu D.， Hu Y. L.， Cheng H.， Ye X. Q.， Molecules， 2023， 28（8）， 3601
8	Huang L. J.， Peng C. Y， Cheng Q.， He M.， Chen B. B.， Hu B.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2017， 56（46）， 13696—13703
9	Lu S. F.， Zhang G. R.， Wu L. J， Yang M. F.， Lu J. Y.， J. Ecology and Rural Environment， 2023， 39（8）， 1059—1066
	陆素芬，张高荣，伍丽娟，杨美凤，陆俊宇. 生态与农村环境学报， 2023， 39（8）， 1059—1066
10	Wei J. M.， Liu B. T.， Zhang X.， Song C. C.， New Carbon Mater.， 2018， 33（4）， 333—340
11	Feng J. T.， Wang Z. Y.， Yan X. Z.， Zhang J. T.， Xu H.， Yan W.， J. Xi’an Jiaotong University， 2022， 56（2）， 1—16
	冯江涛，王桢钰，闫炫冶，张娟涛，徐浩，延卫. 西安交通大学学报， 2022， 56（2）， 1—16
12	Zhao K. Q.， Wu R. Y.， Luo Y. F.， Shi C. H.， Hu J.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（3）， 834—842
	赵开庆，吴若雨，罗翌峰，石春红，胡军. 高等学校化学学报， 2021， 42（3）， 834—842
13	Yang G.， Gao H. M.， Li Q. Y.， Ren S. J.， RSC Adv.， 2021， 11（26）， 15921—15926
14	Ren L. F.， Gao X. D. Zhang X. Y.， Qiang T. T.， Polymer， 2022， 255， 125117
15	Sun J. S.， Chen P.， Jing L. P.， Sun F. X.， Liu J.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（10）， 20220171
	孙金时，陈鹏，景丽萍，孙福兴，刘佳. 高等学校化学学报， 2022， 43（10）， 20220171
16	Li T.， Chen M. H.， Shi Q.， Xiong J.， Feng Y. Q.， Zhang B.， New J. Chem.， 2023， 47（9）， 4239—4244
17	Bai M. G. M.， Babu H. V.， Lakshmi V.， Rao M. R.， Mater. Chem. Front.， 2021， 5（6）， 2506—2551
18	Luo D.， Shi T. H.， Li Q. H.， Xu Q. Q.， Strømme M.， Zhang Q. F.， Xu C. Angew. Chem. Int. Edit.， 2023， 62（27）， 202305225
19	Zhai Y. H.， Lei H. T.， Li Y.， Song J.， Jing X. F.， Shi X. Y.， Tian Y. Y.， Zhu G. S.， J. Mater. Chem. A， 2023， 11（26）， 14119—14125
20	Tarzia A.， Thornton A. W.， Doonan C. J. ， Huang D. M.， J. Phys. Chem. C， 2017， 121（30）， 16381—16392
21	Tian Y. Y.， Zhu G. S.， Chem. Rev.， 2020， 120（16）， 8934—8986
22	Fatona A.， Tuning the Interfacial Properties of Cellulose and Silicones Through Triazinyl and Thioacetal Chemistry， McMaster University， Hamilton， 2019
23	Sun Q.， Aguila B.， Perman J.， Earl L. D.， Abney C. W.， Cheng Y. C.， Wei H.， Nguyen N.， Wojtas L.， Ma S. Q.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（7）， 2786—2793
24	Gorginpour F.， Moradinia S.， Daneshi M.， Zali⁃Boeini. H.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2022， 61（10）， 3694—3703
25	Xiang L.， Zhu Y. L.， Gu S.， Chen D. Y.， Fu X.， Zhang Y. D.， Yu G. P.， Pan C. Y.， Hu Y. H.， Macromol. Rapid Comm.， 2015， 36（17）， 1566—1571
26	Modak A.， Das S.， Chanda D. K.， Samanta A. ， Jana S.， New J. Chem.， 2019， 43（8）， 3341—3349
27	Wang L. N.， Study on the Synthesis and Catalytic Performance of Functional Mesoporous Materials， Changchun University of Technology， Changchun， 2022
	王乐楠. 功能介孔材料的合成及其催化性能研究，长春：长春工业大学， 2022
28	Liao X. R.， Yu G. Q.， Luo R. Q.， Wang Q.， He C. Y.， Liu S. R.， J. Hazard. Mater.， 2021， 418， 126244
29	Kandambeth S.， Jia J. T.， Wu H.， Kale V. S.， Parvatkar P. T.， Czaban⁃Jóźwiak J.， Zhou S.， Xu X. M.， Ameur Z. O.， Abou⁃Hamad E.， Emwas A. H.， Shekhah O.， Alshareef H. N. ， Eddaoudi M.， Adv. Energy Mater.， 2020， 10（38）， 2001673
30	Maity S.， Naskar N.， Jana B.， Lahiri S.， Ganguly J.， Carbohyd. Polym.， 2021， 251， 116999
31	Huang L. J.， Shuai Q.， ACS Sustain. Chem. Eng.， 2019， 7（11）， 9957—9965
32	Guo X. Y.， Du B.， Wei Q. ， Yang J.， Hu L. H.， Yan L. G.， Xu W. Y.， J. Hazard. Mater.， 2014， 278， 211—220
33	Zhang C.， Sui J. H.， Li J.， Tang Y. L.， Cai W.， Chem. Eng. J.， 2012， 210， 45—52
34	Ge J. L.， Xiao J. D.， Liu L. L.， Qiu L. G.， Jiang X.， J. Porous Mat.， 2016， 23（3）， 791—800
35	Rajalakshmi K.， Muthusamy S.， Xie M.， Nam Y. S.， Lee B. H.， Lee K. B.， Xu Y. G.， Xie J. M.， Chem. Eng. J.， 2022， 430， 133149
36	Lou X. Y.， Chen J.， Xiong Z.， Tang D. L.， Chen X. Y.， Chen S.， Dong R.， Ye C. S.， Qiu T.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2021， 13（51）， 61653—61660
37	Xu D.， Wu W. D.， Qi H. J.， Yang R. X. ， Deng W. Q.， Chemosphere， 2018， 196， 174—181
38	Peng R. X.， Chen G.， Zhou F.， Man R. L.， Huang J. H.， Chem. Eng. J.， 2019， 371， 260—266
39	Zhang H. C.， Wang T.， Sui Z. F.， Zhang Y. S.， Sun B. M.， Pan W. P.， Fuel， 2019， 253， 703—712
40	Sang Y. F.， Cao Y. W.， Wang L. Z.， Yan W.， Chen T. W.， Huang J. H.， Liu Y. N.， J. Colloid Interf. Sci.， 2021， 587， 121—130
41	Liu Y. Y. N.， Xu X. R.， Qu B.， Liu X. F.， Yi W. M.， Zhang H. Q.， Energies， 2021， 14（15）， 4483
42	Ji Q. Y.， Luo G. Q.， Shi M. T.， Zou R. J.， Fang C.， Xu Y.， Li X.， Yao H.， Chem. Eng. J.， 2021， 423， 130144
43	Luo F.， Liang X. H.， Chen W. C.， Wang S. F.， Gao X. N.， Zhang Z. G. ， Fang Y. T.， Chem. Eng. J.， 2023， 465， 142891
44	Chi J.， Song Y. Y.， Feng L.， Biosens. Bioelectron.， 2023， 241， 115666
45	Zhang H. C.， Preparation Characterization and Properties of New Porous Organic Polymers， Liaoning University， Shenyang， 2019
	张红翠. 新型多孔有机聚合物制备、表征及性能研究，沈阳：辽宁大学， 2019

[1]	LI Lin, MA Jing, XU Changlin, CHEN Tongyao, GUO Hengyao, LI Ziyou, WU Wenxin. Room Temperature Driven Sodium Humate-protected Carbon Nanoclusters for Fluorescent and Colorimetric Sensing of Ag⁺ and Temperature [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(6): 20230510.
[2]	JI Chao, LI Wen, ZHANG Lirong, HUA Jia, LIU Yunling. Construction of a Eu-MOF Material with Fe³⁺ and Nitro-aromatic Explosives Fluorescence Detection Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(2): 20230455.
[3]	SUN Jinshi, CHEN Peng, JING Liping, SUN Fuxing, LIU Jia. Synthesis of Hierarchical Porous Aromatic Frameworks for Immobilization of Thiourea Catalyst [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220171.
[4]	XIAO Zhourui,HUANG Donghua,BIAN Mengmeng,YUAN Yali,NIE Jinfang. Fluorescence Detection Based on DNA-templated Silver Nanoclusters and the Construction of Multi-level Logic Gate ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(1): 102.
[5]	FU Linjie,LUO Ran,WANG Shuhua,ZHANG Ning,CHEN Chao. Synthesis of Novel Cd(Ⅱ) Metal-organic Framework for Highly Selective Detection of p-Nitroaniline^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(3): 419.
[6]	Lixin XIA,Hongcui ZHANG,Bin FENG,Dongqi YANG,Naishun BU,Yunbo ZHAO,Zhuojun YAN,Zhangnan LI,Ye YUAN,Xiaojun ZHAO. Facile Strategy to Prepare Fluorescent Porous Aromatic Frameworks for Sensitive Detection of Nitroaromatic Explosives ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(12): 2456.
[7]	YAN Tingting,XING Guolong,BEN Teng,QIU Shilun. Influence of Building Blocks on Gas Adsorption Performance of Porous Aromatic Frameworks^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(5): 1072.
[8]	OUYANG Qiaofeng, ZHENG Lanlan, CAO Hong, ZHANG Xin, LI Chun, SHEN Jiao, CHEN Liting, LIU Jin. Spectral Performance and Fluorescence Detection of Ionic Liquid [MBPy]Tf₂N^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(10): 1906.
[9]	GAO Xu, LU Ping, MA Yuguang. Ultrasound-assisted Synthesis and Characterization of Silicon Centered Porous Aromatic Frameworks^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(8): 1795.
[10]	HUANG Yan-Qin, QIN Wei-Sheng, REN Hou-Ji, CAO Guo-Yi, LIU Xing-Fen, HUANG Wei. Novel Adenosine Detection Method Based on Cationic Conjugated Polymer and Aptamer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(10): 2213.
[11]	ZHANG Xiao-Ping, HUANG Yan-Qin, FAN Chun-Hai, HUANG Wei. Novel Method of Phosphatase Detection Based on Cationic Conjugated Polymer and Enzymatic Substrate Probe [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(11): 2548.
[12]	QU Ling-Li, LI Yuan-Qian*, ZHENG Bo, HE Cheng-Yan, HE Ling, LI Yong-Xin . Simultaneous Multi-response Optimization and Capillary Electrophoresis with Laser Induced Fluorescence Detector for Rapid Detection of Foodborne Pathogenic Bacteria [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(6): 1121.
[13]	YANG Xiao-Hai, WANG Sheng-Feng, WANG Ke-Min*, LUO Xiao-Ming, TAN Wei-Hong,....... Novel Method of Protein Detection Based on Cationic Conjugated Polymer and Aptamer Probe [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(5): 899.
[14]	ZHAO Huai-Xin, SUN Xue-Jun, SUN Zhi-Wei, YAN Tao, ZHANG Zai-Qing, LIU Qin-Ze, SUO You-Rui, LI Yu-Lin, YOU Jin-Mao* . Determination of Free Aliphatic Amines in Environmental Water by EASC Derivatization and Identification with LC-APCI-MS [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(4): 675.
[15]	ZHOU Ying, LI Yuan-Qian*, PEI Xiao-Fang. Rapid and Sensitive Analysis of Genetically Modified Maize by Multiplex PCR and Capillary Electrophoresis with Laser-induced Fluorescence Detection [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2007, 28(8): 1458.