란타늄계 바이오 기반 다공성 배위 폴리머(Ln-BCPs)는 고도로 조절 가능한 기공 구조, 풍부한 작용기 및 독특한 광화학적 특성으로 인해 중금속 이온 흡착 및 검출 분야에서 독특한 장점을 보인다. 본 연구에서는 후합성 전략을 통해 터븀 배위 폴리머 골격에 L-아스파르트산(L-Asp)을 도입하여 Pb(Ⅱ)에 대한 높은 선택적 흡착 및 고감도 검출이 가능한 새로운 소재 Tb-Asp-CP를 구축하였으며, 양자화학 계산을 통해 그 인식 결합 메커니즘을 밝혀냈다. 밀도 범함수 이론(DFT) 계산 결과 L-Asp가 주로 카르복실산 산소와 아민 질소를 통해 Pb(Ⅱ)와 배위하며, 정전기적 상호작용 기여율이 95.03%에 달함을 나타냈다. Tb-Asp-CP의 Pb(Ⅱ)에 대한 포화 흡착 용량은 478 mg/g이며, 흡착 거동은 Langmuir 단일층 모델과 의사 2차 동역학 모델에 부합하여 계면 화학 반응이 제어하는 단분자층 흡착임을 나타낸다. 이 소재는 뛰어난 선택성과 재사용성을 보이며, Pb(Ⅱ)에 대한 선택 계수는 3.03~32.54에 달하고 5회 흡착-탈착 반복 후에도 71.8%의 흡착 효율을 유지한다. 또한 Tb-Asp-CP는 Pb(Ⅱ)에 대해 높은 검출 감도를 가지며, 검출 한계는 3.19 μg/L이고 채소 시료에서의 표준 첨가 회수율은 86.9%~108%이다. 이론적 시뮬레이션은 Pb(Ⅱ)가 Tb-Asp-CP 내 다수의 카르복실산 산소로 구성된 “산소 풍부 공간”과 다치 배위하는 것을 추가로 확인하였으며, Pb(Ⅱ)가 이 공간에 흡착된 후 광전자 이동 과정을 촉발하여 Pb(Ⅱ)에 대한 고감도 검출을 실현할 수 있음을 시사한다. 본 연구는 고성능 중금속 이온 흡착 및 검출 소재 개발에 새로운 아이디어와 이론적 근거를 제공한다.

다공성 배위 폴리머; 아미노산 기능화; 납 이온; 흡착 메커니즘; 검출