金屬有機框架復合材料在環(huán)境污染物電化學檢測中的應用研究進展

摘要 隨著社會和經濟的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴重，對人類的生產和生活造成影響，威脅人類健康。因此，對環(huán)境污染物的監(jiān)測至關重要。在諸多環(huán)境檢測技術中，電化學傳感技術因其成本低、操作簡便和檢測速度快等優(yōu)點而受到廣泛關注，但仍存在靈敏度低、檢出限高和選擇性差等不足。金屬有機框架（MOFs）材料是一種由配位鍵聯(lián)結有機配體和金屬離子/離子簇形成的有序網狀多孔晶體，具有比表面積大、孔徑可調和結構多樣等特點。但是，MOFs 自身導電性和穩(wěn)定性較差，電化學檢測性能不佳，嚴重制約了其在電化學領域的廣泛應用。將MOFs 與其它功能材料復合，不僅可以彌補MOFs 的固有缺陷，還可以兼具MOFs 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 復合材料在環(huán)境污染物電化學檢測中得到了廣泛應用。本文綜述了近五年來基于MOFs 復合材料（MOFs 和碳材料、導電聚合物、金屬納米粒子或者MOFs 復合）的電化學傳感器在環(huán)境污染物（農藥、重金屬離子、酚類化合物和亞硝酸鹽）檢測中的應用研究進展，并分析了基于MOFs 復合材料的電化學傳感器用于檢測環(huán)境污染物時面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

關鍵詞 金屬有機框架復合材料；電化學傳感器；環(huán)境污染物；評述

隨著人類社會的不斷發(fā)展，有害物質超量排放，嚴重污染了環(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、質譜和熒光法等存在使用成本高、檢測時間長和操作復雜等不足[3]，相較而言，電化學傳感技術具有經濟、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]。電化學傳感器可以直接將分析物濃度轉換為可測量的電信號，常用的檢測環(huán)境污染物的電化學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)境污染物的電化學檢測，如石墨烯[5]、量子點[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。

金屬有機框架（MOFs）是由金屬離子或金屬團簇與有機配體配位自組裝形成的一類具有周期性網絡結構的有機-無機雜化材料。MOFs 結合了剛性無機材料和柔性有機材料的特點，具有比表面積大、活性位點豐富等特性[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，導致自身的導電性較差，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合，制備出一系列MOFs 復合材料，一方面彌補了MOFs 的固有缺陷，另一方面可兼具不同材料的獨特性能[12]。因此，MOFs 復合材料在電化學檢測中可以表現(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 復合材料在環(huán)境污染物電化學檢測中的應用研究進展，包括農藥、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，以及其在電化學傳感應用中的特點和局限性；然后，詳細介紹了MOFs 復合材料的種類和特性，闡述了基于MOFs 和碳材料、MOFs 和導電聚合物、MOFs 和金屬納米粒子以及MOFs 和MOFs 復合材料制備的電化學傳感器在環(huán)境污染物檢測中的應用進展；最后，討論了基于MOFs 復合材料的電化學傳感器用于環(huán)境污染物檢測面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。