核能是一种重要的可持续发展的低碳能源。然而，核工业产生的大量挥发性放射性废料，如碘（I2），引发的安全问题，已经成为对环境和人类健康的重大威胁，制约了核能的快速发展。因此，开发高效捕获且能够长期储存碘的吸附剂是目前面临的关键挑战。此外，可视化示踪对于评估放射性碘捕获的饱和情况以及时更换吸附剂至关重要，然而目前大多数研究主要集中在提升吸附剂的吸收能力上，而忽视了可视化示踪吸附过程。同时，基于这些吸附剂的防护装备对从业人员的健康防护至关重要，但目前却鲜有相关研究。因此，迫切需要设计具有可视化监测能力的高性能碘吸附材料，进而用于开发出防护装备（例如口罩、服装或手套），这对保障个人健康具有重要意义。
西北工业大学尚利教授、谭丽丽副教授团队开发了一系列币金属基材料介导的发光超分子有机骨架（MSOFs），并且实现了先进结构和功能的超适应和客体适应性转变（Science Bulletin, 2024, 69, 2670；ACS Nano, 2024, 18, 22548）。近日，该团队提出了调控发光MSOFs富电子吸附位点类型和数量的策略，实现了荧光可视化监测的高效碘捕获和碘防护。MSOFs表面的富电子基团可以和缺电子的碘分子形成电荷转移络合物，从而表现出对碘的优异吸附能力，其中富电子π-供体比富电子N-杂原子具有更高的碘吸附能力。在3种MSOFs中，富电子π-供体数量最多的MSOF-3具有最高的碘吸收能力（3.70 g mmol−1），优于大多数碘吸附剂。从表面配体到吸附碘的高效电荷转移过程，导致MSOFs的荧光随着碘吸附量的增加而逐渐淬灭，从而建立了实时可视化监测碘吸附的荧光传感平台。在此基础上，首次设计了一种具有优异除碘效率（99.1%）和可视化荧光监测性能的防护口罩，显示出有效保护从业人员的潜力。相关研究以“Tailoring Electron-Rich Fluorescent Supramolecular Organic Frameworks for Efficient Capture and Visual Monitoring of Iodine”为题发表在《Advanced Functional Materials》（IF=18.5）。西北工业大学材料学院博士生李强为论文第一作者，西北工业大学尚利教授、谭丽丽副教授为通讯作者。
图1. 基于超分子组装构筑具有不同富电子吸附位点的发光MSOFs及其荧光可视化监测高效碘捕获和健康防护应用示意图
图2. MSOF-3的结构，MSOFs的荧光性质、前线分子轨道、量子产率、PXRD以及SEM
图3. MSOFs的碘吸附性能分析：（a）碘蒸汽吸附；（b）碘溶液吸附；（c）不同碘吸附剂的碘吸附量
图4. MSOFs的碘吸附机理分析：（a-c）ATR-IR谱；（d-g）XPS谱；（h）DFT计算碘与吸附剂的结合能；（i）每毫摩尔MSOFs的碘吸附量
图5. MSOF-1在碘吸附过程中的荧光响应性能及其荧光淬灭机制
图6. MSOF防护口罩的制备、表征及其碘去除效率和荧光监测性能研究
本论文构筑了一系列基于银-有机配位化合物的发光MSOFs，包括MSOF-1、MSOF-2和MSOF-3，通过表面配体工程实现了对富电子吸附位点（如类型和数量）的调控。进而系统考察了MSOFs对碘蒸气和碘溶液的吸附能力，通过对富电子位点（π给体和N-杂原子）和缺电子碘作用机制的分析，揭示了MSOFs的吸附机理。考察了不同碘吸附量下MSOF的荧光响应性能，并阐明了碘吸附过程中荧光淬灭的响应机制，从而建立了实时监测碘吸附的荧光传感平台。在此基础上，首次设计了一种具有优异除碘效率和荧光监测性能的防护口罩，显示出有效保护从业人员的潜力。
论文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.20241369
（来源：西北工业大学 版权属原作者 谨致谢意）
