Structural Water Synergistic Hydrogen-Bonded Organic Frameworks: A Fluorescent Sensing Platform Oriented for Intelligent Accessibility

化学 荧光 环境化学 氢 纳米技术 有机化学 量子力学 物理 材料科学
作者
Chenyang Yan,Xin Wang,Guixin Li,Xiaoya Feng,Junxia Chai,Shizhao Fan,Weigang Fan
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (34): 18603-18611 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c02643
摘要

Using 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene (TAPB) as the precursor, we synthesized two single-crystal hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs-T and HOFs-TW). We systematically investigated the impact of reaction conditions on their structural properties and assessed their potential as optical sensing materials. In our experiments, HOFs-TW unexpectedly showed a hexagonal tubular morphology with a stable snowflake-shaped structural water. These water molecules and TAPB monomers form an ordered hydrogen-bonding network that reduces aromatic ring dihedral angles, induces coplanarization, and significantly enhances HOF-TW’s charge-transfer and photon conversion efficiency (quantum yield 66.56%). Utilizing the optical properties of HOFs-TW, we incorporated green carbon quantum dots (CDs) and used molecularly imprinted polymers (MIPs) as the selective component to develop a ratiometric fluorescence sensor (CDs@SiO 2 /HOFs-TW@MIPs). This sensor was designed for the detection of clofibric acid (CLF) in environmental samples, exhibiting a linear range of 0–360 μM and a detection limit of 0.1775 μM. Additionally, we prepared the corresponding fluorescence test papers and independently developed a smartphone-based fluorescence-colorimetric sensing application. The test paper’s fluorescence stabilizes within 1 min 20 s, with three parallel measurements via an app (relative error 0.205%), completed within 3 min. This study provides significant theoretical support and insights into the design and morphological control of single-crystal HOFs. We envision that this work will further advance the application of fluorescence rapid detection and optical sensing, expanding its applicability for real-time monitoring in various scenarios.
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