کاربرد چارچوب‌های فلز-آلی نانومتخلخل به‎عنوان حسگرهای شیمیایی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 2، دوره 15، شماره 1، خرداد 1400، صفحه 1-18   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jacr.2021.682526

نویسندگان

بهار جیحون¹؛ یگانه داودآبادی فراهانی²؛ وحید صفری فرد^{* 3}

¹دانشجوی دکتری شیمی معدنی، دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

²کارشناسی ارشد نانوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

³استادیار شیمی معدنی، دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

با رشد جمعیت انسانی، فعالیت‌های روزافزون کارخانه‌ها و در پی آن افزایش انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی در هوا، نیاز به سنجش سریع این آلاینده­ها در محیط­های متفاوت بیش از هر زمانی احساس می­شود. حسگرهای مبتنی بر چارچوب­های فلز-آلی از نظر هزینه ساخت، سادگی روش، زمان پاسخ کوتاه و بازگشت‌پذیری مناسب گوی سبقت را از دیگر حسگرهای شیمیایی ربوده‌اند و توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در تشخیص آلاینده­های سمی و خطرناک به‎دست آورند. این ترکیب­های نانومتخلخل که با پیوند مراکز فلزی و لیگاندهای آلی از راه پیوند کوئوردیناسیونی ایجاد می­شوند، به‎دلیل پایداری شیمیایی و گرمای بالا، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده­اند.  بهره برداری از جنبه­های متفاوت تهیه و ساختاری جدید این سامانه­ها به موفقیت‎های متنوعی در حوزه ویژگی شیمیایی و فیزیکی منجرشده است که بسیاری از آن­ها بی­سابقه هستند. چارچوب­های فلز-آلی به‎دلیل داشتن ویژگی بی‎همتایی مانند اندازه بزرگ حفره­ها، مساحت سطح بالا، جذب انتخاب­پذیر ‌مولکول­های کوچک و پاسخ‎های نوری در حضور مولکول‌های مهمان، افق امیدبخشی در کاربرد حسگری نشان داده‎اند. در این پژوهش مروری به اصول طراحی حسگرهای چارچوب فلز-آلی و سازوکارهای حسگری این ترکیب­ها پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها

چارچوب‌های فلز-آلی؛ نانو متخلخل؛ حسگر؛ تشخیص؛ محیط‎زیست

مراجع

[1] Kuppler, R.J.; Timmons, D.J.; Fang, Q.R.; Li, J.R.; Makal, T.A.; Young, M.D.; Yuan, D.; Zhao, D.; Zhuang, W.; Zhou, H.C.; Coord. Chem. Rev. 253, 3042-3066, 2009.

[2] Pandey, S.K.; Kim, K.-H.; Tang, K.T.; Trends Anal. Chem. 32, 87-99, 2012.

[3] Li, H.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O.M.; Nature 402, 276-279, 1999.

[4] Besheli, M.E.; Rahimi, R.; Farahani, Y.D.; Safarifard, V.; Inorg. Chim. Acta 495, 118956, 2019.

[5] Yu, Q.; Li, Z.; Cao, Q.; Qu, S.; Jia, Q.; Trends Anal. Chem.,115939, 2020.

[6] Eddaoudi, M.; Moler, D.B.; Li, H.; Chen, B.; Reineke, T.M.; O'keeffe, M.; Yaghi, O.M.; Acc. Chem. Res. 34, 319-330, 2001.

[7] Allendorf, M.; Bauer, C.; Bhakta, R.; Houk, R.; Chem. Soc. Rev. 38, 1330-1352, 2009.

[8] Zou, R.; Abdel-Fattah, A.I.; Xu, H.; Zhao, Y.; Hickmott, D.D.; CrystEngComm 12, 1337-1353, 2010.

[9] Zhang, Y.; Yuan, S.; Day, G.; Wang, X.; Yang, X.; Zhou, H.-C.; Coord. Chem. Rev. 354, 28-45, 2018.

[10] Bao, Z.; Chang, G.; Xing, H.; Krishna, R.; Ren, Q.; Chen, B.; Energy Environ. Sci., 9, 3612-3641, 2016.

[11] Lustig, W.P.; Mukherjee, S.; Rudd, N.D.; Desai, A.V.; Li, J.; Ghosh, S.K.; Chem. Soc. Rev. 46, 3242-3285, 2017.

[12] Kumar, P.; Deep, A.; Kim, K.H.; Trends Anal. Chem. 73, 39-53, 2015.

[13] Burnett, B.J.; Barron, P.M.; Choe, W.; CrystEngComm 14, 3839-3846, 2012.

[14] Kazemi, S.; Safarifard, V.; Polyhedron154, 236-251, 2018.

[15] O’Keeffe, M.; Yaghi, O.M.; Chem. Rev. 112, 675-702, 2012.

[16] Kukkar, D.; Vellingiri, K.; Kim, K. H.; Deep, A.; Sens. Actuator B-Chem. 273, 1346-1370, 2018.

[17] Amini, A.; Kazemi, S.; Safarifard, V.; Polyhedron 114260, 2019.

[18] Chen, W.; Wang, J. Y.; Chen, C.; Yue, Q.; Yuan, H. M.; Chen, J. S.; Wang, S. N.; Inorganic Chemistry 42, 944-946, 2003.

[19] Zhao, Y.; Li, D.; J. Mater. Chem. C 8(1), 278-286, 2020.

[20] Cui, Y.; Zhu, F.; Chen, B.; Qian, G.; Chem. Comm. 51, 7420-7431, 2015.

[21] Pal, S.; Bharadwaj, P.K.; Cryst. Growth Des. 16, 5852-5858, 2016.

[22] Howarth, A.J.; Liu, Y.; Li, P.; Li, Z.; Wang, T.C.; Hupp, J. T.; Farha, O. K.; Nat. Rev. Mater. 1, 1-15, 2016.

[23] Yang, C .; Kaipa, U.; Mather, Q.Z.; Wang, X.; Nesterov, V.; Venero, A.F.; Omary, M.A.; J. Am. Chem. Soc. 133, 18094-18097, 2011.

[24] Denny, M.S.; Moreton, J.C.; Benz, L.; Cohen, S.M.; Nat. Rev. Mater. 1, 1-17, 2016.

[25] Daly, B.; Ling, J.; De Silva, A.P.; Chem. Soc. Rev. 44, 4203-4211, 2015.

[26] Chen, Y.Z.; Jiang, H.L.; Chem. Mater. 28, 6698-6704, 2016.

[27] Shustova, N.B.; Cozzolino, A.F.; Reineke, S.; Baldo, M.; Dincă, M.; J. Am. Chem. Soc. 135, 13326-13329, 2013.

[28] Wang, B.; Lv, X.L.; Feng, D.; Xie, L.H.; Zhang, J.; Li, M.; Xie, Y.; Li, J.R.; Zhou, H.C.; J. Am. Chem. Soc., 138, 6204-6216, 2016.

[29] Lakowicz, J.R. (Ed.); “Principles of Fluorescence Spectroscopy”, Springer US, Boston, 2006.

[30] Lin, S.H.; Xiao, W.Z.; Dietz, W.; Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 47, 3698–3706, 1993.

[31] S.W. Thomas, G.D. Joly, T.M. Swager, Chem. Rev., 107, 1339–1386, 2007.

[32] Moore, E.G.; Samuel, A.P.; Raymond, K.N.; Acc. Chem. Res. 42, 542-552, 2009.

[33] Hu, Z.; Deibert, B.J.; Li, J.; Chem. Soc. Rev. 43, 5815-584, 2014.

[34] Pramanik, S.; Zheng, C.; Zhang, X.; Emge, T.J.; Li, J.; J. Am. Chem. Soc. 133, 4153-4155, 2011.

[35] Jia, P.; Wang, Z.; Zhang, Y.; Zhang, D.; Gao, W.; Su, Y.; Li, Y.; Yang, C.; Spectrochim. Acta A 230, 118084, 2020.

[36] Zhou, X.; Guo, X.; Liu, L.; Zhai, H.; Meng, Q.; Shi, Z.; Tai, X.; RSC Adv. 10, 4817-4824, 2020.

[37] ZHANG, Y.; Jiaxiang, L.; Xiaohan, W.; Wenquan, T.; Zhuo, L.; Anal. Chim. Acta, 2020.

[38] Ge, K.M.; Wang, D.; Xu, Z.J.; Chu, R.Q.; J. Mol. Struct. 1208, 127862, 2020.

[39] Qiao, Y.; Guo, J.; Li, D.; Li, H.; Xue, X.; Jiang, W.; Che, G.; Guan, W.; J. Solid State Chem. 290(3), 121610, 2020.

[40] Moradi, E.; Rahimi, R.; Safarifard, V.; Polyhedron 159, 251-258, 2019.

[41] Shayegan, H.; Farahani, Y.D.; Safarifard, V.; J. Solid State Chem. 279,12096, 2019.

[42] Moradi, E.; Rahimi, R.; Farahani, Y.D.; Safarifard, V.; J. Solid State Chem., 282, 121103, 2020.

[43] Farahani, Y.D.; Safarifard, V.; J. Solid State Chem. 270, 428-435, 2019.

[44] Farahani, Y.D.; Safarifard, V.; J. Solid State Chem. 275, 131-140, 2019.

[45] Khezerloo, E.; Mousavi-khoshdel, S.; Safarifard, V.; Polyhedron 166, 166-174, 2019.

[46] Chen, E.X.; Yang, H.;, Zhang, J.; Inorg. Chem. 53, 5411-5413, 2014.

[47] Yi, F.Y.; Wang, S.C.; Gu, M.; Zheng, J.Q.; Han, L.; J. Mater. Chem. C, 6, 2010-2018, 2018.

[48] Li, Y.; Zhang, S.; Song, D.; Angew. Chem. 125, 738-741, 2013.

[49] Yi, F.Y.; Chen, J.; Wang, S.C.; Gu, M.; Han, L.; Chem. Comm. 54, 8233-8236, 2018.

[50] Xu, H.; Liu, F.; Cui, Y.; Chen, B.; Qian, G.; Chem. Comm. 47, 3153-3155, 2011.

[51] Tarasi, S.; Tehrani, A.A.; Morsali, A.; Sens. Actuator B-Chem. 305, 127341, 2020.

[52] Zhong, F.; Zhang, X.; Zheng, C.; Xu, H.; Gao, J.; Xu, S.; J. Solid State Chem. 288, 121391, 2020.

[53] Hazra, A.; Bej, S.; Mondal, A.; Murmu, N.C.; Banerjee, P.; ACS Omega 5, 15949-15961, 2020.

[54] Deibert, B.J.; Li, J.; Chem. Comm. 50, 9636-9639, 2014.

[55] Cui, J.; Gao, N.; Wang, C.; Zhu, W.; Li, J.; Wang, H.; Seidel, P.; Ravoo, B.J.; Li, G.; Nanoscale 6(20), 11995-12001, 2014.

[56] Yi, F.Y.; Wang, Y.; Li, J.P.; Wu, D.; Lan, Y.Q.; Sun, Z.M.; Mater. Horiz. 2, 245-251, 2015.

[57] Qi, Z.; Chen, Y.; Biosens. Bioelectron. 87, 236-241, 2017.

[58] Ohira, S.I.; Miki, Y.; Matsuzaki, T.; Nakamura, N.; Sato, Y.K.; Hirose, Y.; Toda, K.; Anal. Chim. Acta, 886, 188-193, 2015.

[59] Yi, F.Y.; Chen, D.; Wu, M.K.; Han, L.; Jiang, H.L.; ChemPlusChem  81, 675-690, 2016.

[60] Li, Y.; Polyhedron 179, 114413, 2020.

[61] Miyata, K.; Konno, Y.; Nakanishi, T.; Kobayashi, A.; Kato, M.; Fushimi, K.; Hasegawa, Y.; Angew. Chem. International Edition 52, 6413-6416, 2013.

[62] Zhang, R.C.; Wang, J.J.; Zhang, J.C.; Wang, M.Q.; Sun, M.; Ding, F.; Zhang, D.J.; An, Y.L.; Inorg. Chem. 55, 7556-7563, 2016.