Fluorescent Metal–Organic Framework Nanoparticles for Explosive Detection

爆炸物 荧光 纳米颗粒 纳米技术 金属有机骨架 材料科学 金属 化学 冶金 有机化学 光学 物理 吸附
作者
R. Yu,Tiffany Nguyen,Victor H. Cortez,Boyang Chen,Kristi M. Ishihara,Enrico Tapavicza,Fangyuan Tian
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:129 (24): 10866-10878 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c00753
摘要

Fluorescent metal-organic framework (MOF) nanoparticles were prepared by doping zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) with fluorescein through ″one-pot″ synthesis. The resulting fluorescein@ZIF-8 (F@ZIF-8) material exhibits a luminescent "turn-off" response toward nitroaromatic explosives. We performed a combined experimental and computational study to understand the structural properties and formation mechanisms of the prepared F@ZIF-8 composite and to explain the solid-state fluorescence and quenching in the presence of a nitroaromatic analyte. We confirmed that fluorescein can be encapsulated within the ZIF-8 cages through electrostatic interactions between dianionic fluorescein and Zn open metal sites. The scaffold of ZIF-8 can reduce the aggregation-caused quenching (ACQ) effect of fluorescein and increase the quantum yield to 69.7 ± 0.1%. The photophysical mechanism explains the fluorescence emission of F@ZIF-8 in the solid state and the fluorescence quenching in the presence of nitroaromatic analytes, including 2,4,6-trinitrophenol (TNP), trinitrotoluene (TNT), 4-nitrotoluene, nitrobenzene, and 2-nitropropane. Our material exhibits a high sensitivity toward TNP with a limit of detection (LOD) of 2 μM. This work presents a new opportunity for designing luminescent porous materials for "signal-off" sensing and demonstrates the potential of using luminescent MOFs as an analytical tool for explosive detections.
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