金属有机框架/上转换纳米颗粒复合材料的制备及在检测中的应用

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纳米复合材料是由两种或两种以上的固相复合的具有纳米尺寸的复合材料。纳米复合材料通常可以促进不同组件之间的交互,从而结合每个组件的优点并减轻其缺点,更重要的是,不同成分之间的相互作用可能会显著增加活性,甚至产生协同作用,从而表现出比单个组分更加优异的性能。金属有机框架(MOFs)是由中心金属离子通过配位键自组装或与双齿或多齿有机配体团簇形成的晶体多孔材料。由于其具有结构多样可调节,高度有序的孔隙结构和较高的比表面积等优点,已成为构建纳米复合材料的理想基体材料。目前MOFs已经与金属纳米颗粒,金属化合物,碳材料,酶,聚合物等功能材料构建具有优异性能的复合材料,并广泛应用于气体吸附、催化、传感器、药物递送、磁性材料和光学器件等。上转换材料(UCNPs)由于其具有独特优异的性能逐渐走入研究者视野。UCNPs是一种红外光激发下能发出可见光的发光材料,UCNPs具有合适的大小(小到可以通过在许多生物宿主,如细胞质、细胞核等),高的化学稳定性、低细胞毒性、高信噪比、低背景荧光等优点。MOFs和UCNPs构建的复合材料可以获得近红外光子,从而赋予MOFs额外的功能,因此MOFs/UCNPs复合材料在催化、生物检测、生物成像和肿瘤治疗等领域较大的潜力。但由于缺乏有效的合成策略,目前MOFs/UCNPs的复合材料的研究主要集中于核壳结构和二聚体结构,具有复杂结构的UCNPs和MOFs的复合材料具有重要的意义。在本文中,我们提出一种简单的两步合成策略用于合成MOFs/UCNPs复合材料,研究了其生长机理,并探讨了该复合材料在检测领域的应用潜力。主要研究内容如下:(1)提出一种简单的两步合成策略,首先将棒状UCNPs表面修饰表面活性剂,接下来通过油浴反应成功制备了MOFs/UCNPs复合材料。我们探究了MOFs/UCNPs复合材料的生长机理,并研究了UCNPs的量对MOFs/UCNPs复合材料形貌的影响,为UCNPs和MOFs的复合材料的发展提供了借鉴意义。(2)研究了MOFs/UCNPs复合材料的光学性质,并基于此,构建了H2O2光学传感器。接下来,我们研究了H2O2传感器的效率和灵敏度。该传感器能对H2O2高灵敏快速响应,为H2O2检测提供了新的思路。(3)研究了合成策略的通用性,合成了一系列M-MOFs/UCNPs复合材料(M=Mn、Cu、Co、Fe),M-MOFs/UCNPs复合材料呈现出不同形貌,在催化、检测、生物成像和肿瘤治疗领域具有一定的应用潜力。
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