A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO<sub>2</sub><sup>2+</sup> Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs

PENG Hong-bo; LI Shi-qi; CAO Xiao-hong; LIU Yun-hai

doi:10.12452/j.fxcsxb.24051436

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A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO₂²⁺ Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs

Scientific Papers | 更新时间：2025-11-21

- A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO₂²⁺ Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 43, Issue 10, Pages: 1626-1634(2024)
- 作者机构：
  
  1.东华理工大学功能有机高分子江西省重点实验室，江西南昌 330013
  2.东华理工大学化学与材料学院，江西南昌 330013
  3.赣东学院应用工程学院，江西抚州 344000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.24051436
  CLC： O657.3;O614.62
- Received：14 May 2024，
  
  Revised：2024-07-11，
  
  Published：15 October 2024
- 稿件说明：
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彭洪波,李世琪,曹小红,刘云海.基于双发射Ln-MOFs的比率荧光传感器检测UO₂²⁺[J].分析测试学报,2024,43(10):1626-1634.

PENG Hong-bo,LI Shi-qi,CAO Xiao-hong,LIU Yun-hai.A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO₂²⁺ Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs[J].Journal of Instrumental Analysis,2024,43(10):1626-1634.
彭洪波,李世琪,曹小红,刘云海.基于双发射Ln-MOFs的比率荧光传感器检测UO₂²⁺[J].分析测试学报,2024,43(10):1626-1634. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.24051436.

PENG Hong-bo,LI Shi-qi,CAO Xiao-hong,LIU Yun-hai.A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO₂²⁺ Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs[J].Journal of Instrumental Analysis,2024,43(10):1626-1634. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.24051436.

摘要

铀作为一种放射性元素，在水体中具有高流动性以及对生物体的高毒性，开发一种能够快速、灵敏检测水体中痕量UO

的分析方法显得极其重要。该研究采用双金属策略成功制备具有双发射中心的Eu/Zr-UiO-66-NH

，并以此构建比率荧光传感器实现了对UO

的可视化检测。以Eu

为第二金属源部分取代Zr

，有机配体通过“天线效应”敏化Eu

的禁阻跃迁，可使Eu/Zr-UiO-66-NH

呈现双发射中心。同时，因Eu

和 Zr

的竞争配位而产生的晶格缺陷增大了MOFs的孔径尺寸，有利于UO

在孔道内的富集，进一步提高荧光传感的灵敏度。采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、N

吸脱附曲线和荧光光谱等对Eu/Zr-UiO-66-NH

的缺陷结构和光学性能进行表征，并考察了 Eu

的掺入量、溶剂、荧光探针用量、时间等因素对传感器检测效果的影响。在99% 乙醇-水溶液中预先富集30 min，加入UO

后，Eu/Zr-UiO-66-NH

发生明显的荧光增强，

F450

F620

与UO

浓度在100~900 nmol/L范围内呈现出良好的线性关系，检出限为16.1 nmol/L。紫红色到蓝色的荧光色调转变更有利于现场半定量检测，20倍浓度的

各种干扰离子不会影响Eu/Zr-UiO-66-NH

对UO

的荧光响应。紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱等实验证明Eu/Zr-UiO-66-NH

的荧光增强为动态的电子转移过程。该传感器成功应用于自来水样品中UO

含量的测定，具有良好的应用前景。

Abstract

Uranium，as a radioactive element，has high mobility in water and high toxicity to organisms. Therefore，it is extremely important to develop an analytical method that can quickly and sensitively detect trace amounts of UO

in water. In this study，dual-emission Ln-MOFs（Eu/Zr-UiO-66-NH

） were successfully prepared by using bimetallic strategy，and the ratiometric fluorescent sensor was constructed to realize the visual detection of UO

. By partially replacing Zr

with Eu

as the second metal source，the organic ligand sensitizes the forbidden transition of Eu

through the“antenna effect”，and the Eu/Zr-UiO-66-NH

exhibits double emission centers. Moreover，the lattice defects generated by the competitive coordination of Eu

and Zr

increase the pore size of MOFs，which is conducive to the enrichment of UO

in the pore channel and further improves the sensitivity of fluorescence sensing. Scanning electron microscopy（SEM），X-ray powder diffractometer（XRD），N

adsorption-desorption experiment and fluorescence spectroscopy were used to characterize the defect structure and optical properties of Eu/Zr-UiO-66-NH

，and the effects of the doping amount of Eu

，solvent，fluorescent probe dosage and time on the detection of the sensor were investigated. Following the enrichment of UO

in a 99% ethanol solution for a period of 30 min，the Eu/Zr-UiO-66-NH

exhibited a notable enhancement in fluorescence intensity. The

F450

F620

exhibited a good linear relationship with the concentration of UO

within the range of 100-900 nmol/L，and the detection limit was 16.1 nmol/L. The shift in fluorescence hue from violet to blue was more conducive to on-site semi-quantitative detection. The 20-fold concentration of various interfering ions did not affect the fluorescence response of Eu/Zr-UiO-66-NH

to UO

. The results of UV-Vis spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） indicated that the fluorescence enhancement process was a dynamic electron transfer mechanism. The sensor has been successfully applied to the determination of UO

content in tap water samples and has good application prospects.

关键词

Keywords

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A Ratiometric Fluorescent Sensor for UO22+ Detection Based on Dual-emission Ln-MOFs

DOI：10.12452/j.fxcsxb.24051436

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