金属有机框架复合材料在环境污染物电化学检测中的应用研究进展

摘要 随着社会和经济的不断发展，环境污染问题也日益严重，对人类的生产和生活造成影响，威胁人类健康。因此，对环境污染物的监测至关重要。在诸多环境检测技术中，电化学传感技术因其成本低、操作简便和检测速度快等优点而受到广泛关注，但仍存在灵敏度低、检出限高和选择性差等不足。金属有机框架（MOFs）材料是一种由配位键联结有机配体和金属离子/离子簇形成的有序网状多孔晶体，具有比表面积大、孔径可调和结构多样等特点。但是，MOFs 自身导电性和稳定性较差，电化学检测性能不佳，严重制约了其在电化学领域的广泛应用。将MOFs 与其它功能材料复合，不仅可以弥补MOFs 的固有缺陷，还可以兼具MOFs 和功能材料的优异性能，两者之间的协同作用有利于提高检测效果。因此，MOFs 复合材料在环境污染物电化学检测中得到了广泛应用。本文综述了近五年来基于MOFs 复合材料（MOFs 和碳材料、导电聚合物、金属纳米粒子或者MOFs 复合）的电化学传感器在环境污染物（农药、重金属离子、酚类化合物和亚硝酸盐）检测中的应用研究进展，并分析了基于MOFs 复合材料的电化学传感器用于检测环境污染物时面临的挑战和发展前景。

关键词 金属有机框架复合材料；电化学传感器；环境污染物；评述

随着人类社会的不断发展，有害物质超量排放，严重污染了环境，威胁人类健康。因此，检测环境污染物非常必要[1-2]。目前，传统的环境污染物检测方法如光谱、色谱、质谱和荧光法等存在使用成本高、检测时间长和操作复杂等不足[3]，相较而言，电化学传感技术具有经济、高效、操作简单、灵敏度高、选择性好和检测速度快等优势[4]。电化学传感器可以直接将分析物浓度转换为可测量的电信号，常用的检测环境污染物的电化学方法包括差分脉冲伏安法（DPV）、方波溶出伏安法（SWSV）、方波阳极溶出伏安法（SWASV）、差分脉冲阳极溶出伏安法（DPASV）、方波伏安法（SWV）、线性扫描伏安法（LSV）和循环伏安法（CV）等[1]。对电化学传感器而言，其灵敏度和选择性依赖于工作电极材料的特性[1]。因此，开发高性能的电极修饰材料非常重要。近年来，研究者开发了许多新型电极材料用于环境污染物的电化学检测，如石墨烯[5]、量子点[6]和金属氧化物纳米粒子[7]等，这些电极材料在制备成本、检测选择性和灵敏度等方面具有独特的优势。为了满足不断增长的对环境污染物检测的需求，仍需要不断开发新型电极材料。

金属有机框架（MOFs）是由金属离子或金属团簇与有机配体配位自组装形成的一类具有周期性网络结构的有机-无机杂化材料。MOFs 结合了刚性无机材料和柔性有机材料的特点，具有比表面积大、活性位点丰富等特性[8-10]。但是，大多数MOFs 材料的前沿轨道与配体和金属离子上的电子态重叠较差，导致自身的导电性较差，电催化能力有限，并且稳定性不佳[11]。针对上述问题，研究者将MOFs 与其它功能性材料相结合，制备出一系列MOFs 复合材料，一方面弥补了MOFs 的固有缺陷，另一方面可兼具不同材料的独特性能[12]。因此，MOFs 复合材料在电化学检测中可以表现出更高的灵敏度、选择性和稳定性。

本文主要综述了近五年来MOFs 复合材料在环境污染物电化学检测中的应用研究进展，包括农药、重金属离子、酚类化合物和亚硝酸盐等几种常见的环境污染物。首先，简要概述了MOFs 的种类和特点，以及其在电化学传感应用中的特点和局限性；然后，详细介绍了MOFs 复合材料的种类和特性，阐述了基于MOFs 和碳材料、MOFs 和导电聚合物、MOFs 和金属纳米粒子以及MOFs 和MOFs 复合材料制备的电化学传感器在环境污染物检测中的应用进展；最后，讨论了基于MOFs 复合材料的电化学传感器用于环境污染物检测面临的挑战和发展前景。