摘要 隨著社會和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重,對人類的生產(chǎn)和生活造成影響,威脅人類健康。因此,對環(huán)境污染物的監(jiān)測至關(guān)重要。在諸多環(huán)境檢測技術(shù)中,電化學(xué)傳感技術(shù)因其成本低、操作簡便和檢測速度快等優(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效果。因此,MOFs 復(fù)合材料在環(huán)境污染物電化學(xué)檢測中得到了廣泛應(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)傳感器用于檢測環(huán)境污染物時面臨的挑戰(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;評述
隨著人類社會的不斷發(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)境污染物檢測方法如光譜、色譜、質(zhì)譜和熒光法等存在使用成本高、檢測時間長和操作復(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、操作簡單、靈敏度高、選擇性好和檢測速度快等優(yōu)勢[4]。電化學(xué)傳感器可以直接將分析物濃度轉(zhuǎn)換為可測量的電信號,常用的檢測環(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)、方波陽極溶出伏安法(SWASV)、差分脈沖陽極溶出伏安法(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,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、檢測選擇性和靈敏度等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。為了滿足不斷增長的對環(huán)境污染物檢測的需求,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)境污染物檢測面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。