High-Performance Turn-On Fluorescent Metal–Organic Framework for Detecting Trace Water in Organic Solvents Based on the Excited-State Intramolecular Proton Transfer Mechanism

材料科学 分子内力 荧光 互变异构体 光化学 烯醇 金属有机骨架 激发态 化学 有机化学 吸附 催化作用 量子力学 物理 核物理学
作者
Shuyi Li,Xin Yan,Lei Jiao,Wen-Juan Ji,Shu‐Cong Fan,Peng Zhang,Quan‐Guo Zhai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (50): 55997-56006 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19916
摘要

Simple, fast, and sensitive detection of trace water in organic solvents is an urgent requirement for chemical industries. Herein, combining the unusual excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) mechanism with the effective strategy of pore space partition, for the first time, we construct a powerful fluorescent metal-organic framework (SNNU-301) probe with excellent water stability. The SNNU-301 probe shows a remarkable performance for turn-on ESIPT-based fluorescence response to water in nine common organic solvents, exhibiting wide linear ranges, low limit of detection values, and ultrafast response, especially in dimethyl sulfoxide (0-5.2%; 0.011%, v/v; 110 s). The typical ESIPT-sensitive linker 2,5-dihydroxyterephthalate (DHBDC) imparts it with discriminative detection properties via enol-keto tautomerism, and light-responsive triangular tri(pyridin-4-yl)-amine (TPA) realizes pore space partition. The theoretical calculation gives an in-depth explanation about the proton transfer mechanism. Comparative experiments and GCMC simulation provide evidence that the synergy of the ESIPT process and TPA of the framework further boosts its performance effectively. Definitely, this work not only offers a promising candidate with fast detection speed, high sensitivity, excellent universality, and visual observation for the determination of water in organic solvents but also provides valuable guidance for the design of high-performance fluorescent probes.
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