Металлоорганический каркас с высоким содержанием азота на основе наноклеток для люминесцентного определения ионов Fe3+ и Cu2+

Люминесцентные металлоорганические каркасы (LMOF), позволяющие эффективно обнаруживать токсичные ионы тяжёлых металлов, востребованы для охраны здоровья человека и окружающей среды. Синтезирован и охарактеризован новый LMOF на основе наноклеток с высоким содержанием азота — LCU-103. Он представляет собой двукратно взаимопроникающую структуру, сформированную наноклетками {Zn(dttz)} с высоким содержанием азота, соединёнными донорным по азоту лигандом Hdpa [Hdttz = 4,5-ди(1-тетразол-5-ил)-2-(1,2,3-триазол); Hdpa = 4,4′-дипиридиламин]. Примечательно, что LCU-103 содержит большое количество функциональных участков с атомами азота, расположенных как в окнах наноклеток, так и во внутренних каналах каркаса; они взаимодействуют с ионами металлов и обеспечивают их распознавание. Поэтому LCU-103 может использоваться в качестве люминесцентного сенсорного материала для обнаружения следовых количеств ионов Fe3+ и Cu2+ посредством тушения люминесценции; пределы обнаружения составили соответственно 1,45 и 1,66 мкМ. Сенсор LCU-103 обладает рядом преимуществ, включая высокую чувствительность, приемлемую селективность (для Fe3+ в H2O), стабильность при многократном использовании и быстрое время отклика в N,N-диметилформамиде. Кроме того, LCU-103 демонстрирует эффективное тушение люминесценции ионов Fe3+ в H2O и в модельной биологической системе на основе 4-(2-гидроксиэтил)-1-пиперазинэтансульфоновой кислоты; пределы обнаружения составили соответственно 1,51 и 1,52 мкМ. Для простого обнаружения ионов Fe3+ и Cu2+ в реальном времени дополнительно изготовлены тест-полоски. На основании расчётов методом теории функционала плотности и совокупности экспериментальных данных, включая результаты рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, измерения поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях, времён затухания люминесценции и квантовых выходов, предложены предпочтительный донорный участок с атомом азота и возможный механизм сенсорного действия, связанный со слабым взаимодействием, для объяснения эффекта тушения люминесценции.