重金屬離子的濫用導(dǎo)致的人類疾病和環(huán)境污染已成為全球公共衛(wèi)生的主要問題之一。汞離子作為一種劇毒污染物，不僅會破壞人體的新陳代謝，而且會損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，對人類生命健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，以設(shè)計合成環(huán)保、高效和經(jīng)濟的材料為基礎(chǔ)，開發(fā)新的方法用于檢測和去除汞離子對解決汞污染問題具有重大意義。
近日，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、納微構(gòu)筑化學(xué)國際合作聯(lián)合實驗室楊英威教授團(tuán)隊撰寫了題為“Recent Progress in Functional Materials for Selective Detection and Removal of Mercury(II) Ions”的綜述文章，梳理總結(jié)了基于納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料的四種功能材料在汞離子檢測和分離中的最新研究進(jìn)展，并論述了這四種功能材料應(yīng)用于汞離子污染治理領(lǐng)域的發(fā)展前景，以及面臨的機遇和挑戰(zhàn)。該論文最近在線發(fā)表在Wiley出版社的Advanced Functional Materials期刊上（2020, DOI: 10.1002/adfm.202006168）。
圖1. 基于納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料的四種功能體系用于汞離子檢測和分離的概括圖
傳統(tǒng)的汞離子檢測體系存在成本高、穩(wěn)定性差、靈敏度低、響應(yīng)時間長、去除率小等缺點。而汞離子的處理則要求材料具備環(huán)保、經(jīng)濟和可回收利用的性能，并能夠?qū)χ亟饘匐x子進(jìn)行高選擇性的檢測和極高效的分離。因此，近年來經(jīng)過科研工作者的不斷努力和探索，納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料這四類代表性的先進(jìn)功能體系在汞離子檢測和分離方面的應(yīng)用被大量報道，它們在處理汞離子污染中表現(xiàn)出了檢測限低、靈敏度高、選擇性強和吸附容量大等優(yōu)勢。
作者首先概述了四種代表性的體系在汞離子檢測中各自具備的特點和優(yōu)勢，隨后分四個部分詳細(xì)介紹了這四種體系在汞離子處理領(lǐng)域的應(yīng)用。第一部分從金屬納米材料和碳點納米材料兩個方面對納米材料在汞離子處理中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，包括它們的結(jié)構(gòu)特征，以及這類材料對汞離子檢測的機理；第二部分介紹了聚合物材料，包括超分子聚合物、金屬共軛的聚合物和其他聚合物，在實際應(yīng)用于水體系汞離子檢測時存在的優(yōu)勢，并詳細(xì)探討了這類體系的檢測機制；第三部分是新興的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料，重點介紹了這類材料在處理生物體富集的汞方面具有高靈敏度、強選擇性和顯著的實際應(yīng)用價值；第四部分介紹了多孔材料，包括金屬-有機框架材料、共價有機框架材料和其他的一些代表性的多孔材料在汞離子傳感檢測和吸附分離方面的應(yīng)用。從各自獨特的結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，在材料設(shè)計角度探討了這些體系用于汞污染處理時的機理，分析了不同材料在汞離子檢測和分離應(yīng)用中的優(yōu)缺點。最后，作者詳細(xì)闡述了這四種功能材料體系在檢測和分離汞離子的領(lǐng)域遇到的瓶頸問題、面臨的挑戰(zhàn)以及發(fā)展的方向和前景。
圖2. 金屬納米材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖3. 碳點納米材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖4. 超分子聚合物材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖5. （A）兩親性交替共聚物自組裝的囊泡體系在汞離子檢測中的應(yīng)用；（B）基于超分子組裝誘導(dǎo)熒光增強機制的超分子體系在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖6. 金屬共軛的聚合物材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖7. 其他的聚合物材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖8. 基于暗態(tài)跨鍵能量轉(zhuǎn)移機制的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖9. 其他的聚集誘導(dǎo)發(fā)光體系在汞離子檢測中的應(yīng)用
圖10. 金屬-有機框架體系在檢測分離汞離子中的應(yīng)用
圖11. （A-B）富胸腺嘧啶單鏈DNA修飾的二維金屬-有機框架體系在汞離子檢測和分離中的應(yīng)用；（C-E）硫醚修飾的共價有機框架材料在汞離子檢測分離中的應(yīng)用
圖12. 共價有機框架體系在汞離子檢測分離中的應(yīng)用
圖13. 羅丹明6G修飾的硅材料在汞離子檢測分離中的應(yīng)用
圖14. 其他的多孔材料在汞離子檢測分離中的應(yīng)用
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202006168
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