金屬有機(jī)框架復(fù)合材料在環(huán)境污染物電化學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

摘要 隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活造成影響，威脅人類健康。因此，對(duì)環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。在諸多環(huán)境檢測(cè)技術(shù)中，電化學(xué)傳感技術(shù)因其成本低、操作簡(jiǎn)便和檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但仍存在靈敏度低、檢出限高和選擇性差等不足。金屬有機(jī)框架（MOFs）材料是一種由配位鍵聯(lián)結(jié)有機(jī)配體和金屬離子/離子簇形成的有序網(wǎng)狀多孔晶體，具有比表面積大、孔徑可調(diào)和結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)。但是，MOFs 自身導(dǎo)電性和穩(wěn)定性較差，電化學(xué)檢測(cè)性能不佳，嚴(yán)重制約了其在電化學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。將MOFs 與其它功能材料復(fù)合，不僅可以彌補(bǔ)MOFs 的固有缺陷，還可以兼具M(jìn)OFs 和功能材料的優(yōu)異性能，兩者之間的協(xié)同作用有利于提高檢測(cè)效果。因此，MOFs 復(fù)合材料在環(huán)境污染物電化學(xué)檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。本文綜述了近五年來基于MOFs 復(fù)合材料（MOFs 和碳材料、導(dǎo)電聚合物、金屬納米粒子或者M(jìn)OFs 復(fù)合）的電化學(xué)傳感器在環(huán)境污染物（農(nóng)藥、重金屬離子、酚類化合物和亞硝酸鹽）檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，并分析了基于MOFs 復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器用于檢測(cè)環(huán)境污染物時(shí)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 金屬有機(jī)框架復(fù)合材料；電化學(xué)傳感器；環(huán)境污染物；評(píng)述

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，有害物質(zhì)超量排放，嚴(yán)重污染了環(huán)境，威脅人類健康。因此，檢測(cè)環(huán)境污染物非常必要[1-2]。目前，傳統(tǒng)的環(huán)境污染物檢測(cè)方法如光譜、色譜、質(zhì)譜和熒光法等存在使用成本高、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和操作復(fù)雜等不足[3]，相較而言，電化學(xué)傳感技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、高效、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、選擇性好和檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì)[4]。電化學(xué)傳感器可以直接將分析物濃度轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)，常用的檢測(cè)環(huán)境污染物的電化學(xué)方法包括差分脈沖伏安法（DPV）、方波溶出伏安法（SWSV）、方波陽(yáng)極溶出伏安法（SWASV）、差分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法（DPASV）、方波伏安法（SWV）、線性掃描伏安法（LSV）和循環(huán)伏安法（CV）等[1]。對(duì)電化學(xué)傳感器而言，其靈敏度和選擇性依賴于工作電極材料的特性[1]。因此，開發(fā)高性能的電極修飾材料非常重要。近年來，研究者開發(fā)了許多新型電極材料用于環(huán)境污染物的電化學(xué)檢測(cè)，如石墨烯[5]、量子點(diǎn)[6]和金屬氧化物納米粒子[7]等，這些電極材料在制備成本、檢測(cè)選擇性和靈敏度等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。為了滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)環(huán)境污染物檢測(cè)的需求，仍需要不斷開發(fā)新型電極材料。

金屬有機(jī)框架（MOFs）是由金屬離子或金屬團(tuán)簇與有機(jī)配體配位自組裝形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化材料。MOFs 結(jié)合了剛性無機(jī)材料和柔性有機(jī)材料的特點(diǎn)，具有比表面積大、活性位點(diǎn)豐富等特性[8-10]。但是，大多數(shù)MOFs 材料的前沿軌道與配體和金屬離子上的電子態(tài)重疊較差，導(dǎo)致自身的導(dǎo)電性較差，電催化能力有限，并且穩(wěn)定性不佳[11]。針對(duì)上述問題，研究者將MOFs 與其它功能性材料相結(jié)合，制備出一系列MOFs 復(fù)合材料，一方面彌補(bǔ)了MOFs 的固有缺陷，另一方面可兼具不同材料的獨(dú)特性能[12]。因此，MOFs 復(fù)合材料在電化學(xué)檢測(cè)中可以表現(xiàn)出更高的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。

本文主要綜述了近五年來MOFs 復(fù)合材料在環(huán)境污染物電化學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，包括農(nóng)藥、重金屬離子、酚類化合物和亞硝酸鹽等幾種常見的環(huán)境污染物。首先，簡(jiǎn)要概述了MOFs 的種類和特點(diǎn)，以及其在電化學(xué)傳感應(yīng)用中的特點(diǎn)和局限性；然后，詳細(xì)介紹了MOFs 復(fù)合材料的種類和特性，闡述了基于MOFs 和碳材料、MOFs 和導(dǎo)電聚合物、MOFs 和金屬納米粒子以及MOFs 和MOFs 復(fù)合材料制備的電化學(xué)傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展；最后，討論了基于MOFs 復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器用于環(huán)境污染物檢測(cè)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。