Covalent Organic Frameworks: A Novel Class of Metal-Free Catalysts for Efficient Photochemical Vapor Generation

化学 光催化 催化作用 光化学 共价键 检出限 剥脱关节 电感耦合等离子体质谱法 金属有机骨架 紫外线 吸收(声学) 化学工程 质谱法 纳米技术 可见光谱 聚酰亚胺 氮化物 水蒸气 戊二酸 过渡金属 吸光度 共沉淀 无机化学 水处理 荧光 金属
作者
Tong Zhang,Ji Yang,Shen Long,Chen Yuan,Xiandeng Hou
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (11): 8519-8528
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c07943
摘要

Photochemical vapor generation (PVG) is an attractive yet under-exploited sample-introduction strategy for atomic spectrometry. There remain challenges in improving the efficiency of PVG of elements and expanding the range of PVG applications. Here, these issues have been tackled by introducing a metal-free porphyrinic covalent organic framework ( SU-3 ), cross-linked by robust polyimide bonds and exhibiting strong ultraviolet light absorption and photocatalytic activity. Liquid-phase exfoliation converts the bulk framework into ultrathin SU-3 nanosheets ( SU-3 CONs ), further amplifying its photocatalytic capacity. Both SU-3 COF and SU-3 CONs were harnessed as photocatalysts to boost PVG of rhenium (Re) prior to inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), yielding 27-fold and 71-fold signal enhancements, respectively. Compared to bulk COF, the superior performance of nanosheets stems from their more exposed catalytic sites and amplified photocatalytic activity. The method minimizes low-molecular-weight acid consumption, precludes extraneous transition-metal sensitizers, and affords linearity from 0.05 to 100 ng mL –1 with a 0.7 ng L –1 limit of detection─superior to that of traditional PVG methods sensitized by transition metal ions. Accurate Re quantification in river, lake, and tap water samples confirms the robustness and practicality of the method. This work thus establishes metal-free COF nanosheets as a versatile platform for advancing photochemical vapor generation, opening new avenues for ultrasensitive elemental analysis.
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