南华大学公共卫生学院甄德帅教授课题组在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊发表铀荧光检测研究

近日，南华大学甄德帅教授课题组在期刊Sensors and Actuators B: Chemical（中科院1区,Top,IF= 8.0）上发表了题为“A β-keto-enamine covalent organic framework fluorescent switch for selective and sensitive UO₂²⁺detection”的学术论文，这是课题组近期在荧光检测UO₂²⁺领域取得的新进展。李乐教授、杨胜园教授、甄德帅教授为通讯作者，南华大学为第一单位和通讯单位。

铀是核工业的主要原料，也是一种高毒性的放射性环境污染物。它常以UO₂²⁺的形式存在于水体，并通过水和食物进入人体，沉积在肝脏、肾脏和骨骼中诱发多种疾病。随着人类的开采和使用，如福岛核污水的排放或核废料的泄漏事故等，进一步加剧了铀污染对生态环境和人类健康的双重威胁。因此，探索高灵敏的实时铀监测方法对环境的保护和人类健康具有重大意义。共价有机骨架（COFs）具有固有电子共轭体系和光物理性质，特别是可调节的有序π共轭结构使得COFs具有潜在的可操纵发光特性。与纯亚胺键连接的COFs相比，不可逆β-酮烯胺连接的COFs通常具有出色的化学和水解稳定性，使其成为构建高性能铀酰离子荧光传感平台的理想材料。偕胺肟基多孔骨架材料对铀具有较高的亲和力，偕胺肟基COFs被广泛应用于铀检测器的设计与开发。然而，COFs中偕胺肟基团通常是通过复杂的合成后修饰方法形成，COFs层间高度堆叠的偕胺肟基团生长将会破坏其结构，降低结晶度，并且其选择性也不可避免地受到钒离子的干扰。

方案1：Tp-Db的合成示意图。

本研究以解决偕胺肟基团后修饰复杂以及存在钒离子干扰为导向，对COF的连接方式以及官能团进行了精心设计。通过1,3,5-三甲酰基间苯三酚（Tp）和3,3'-二羟基联苯胺（Db）的简单一步缩合反应，合成了一种β-酮烯胺连接的COF荧光探针（Tp-Db）。Tp-Db对UO₂²⁺的检测限为99.34 nM，反应时间为10s，适用于河流水、核废水、食品和尿液等多种环境样品中的快速检测。实验分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，UO₂²⁺通过分子内电荷转移和静电作用优先与Tp-Db中的羰基配位。同时与Tp-BD对比，Tp-Db中羟基辅助基团的引入进一步提高了与UO₂²⁺结合亲和力，从而实现对UO₂²⁺检测的高选择性和高灵敏度。本研究阐明了β-酮烯胺连接的COF通道中不同官能团（羰基、羟基和亚胺）与UO₂²⁺的相互作用机制，为开发具有精确原子结构的高效COFs荧光传感器用于UO₂²⁺检测提供了重要参考价值。

甄德帅教授课题组依托学校核医特色、环保优势，聚焦“典型环境污染物的健康危害及有效防控”，长期从事核废水中铀的研究工作。此次成果是该课题组继Analytical Chemistry, Applied Catalysis B: Environmental,Food Chemistry,Chinese Chemical Letters,ACS Applied Materials Interfaces, Separation and Purification Technology等国际知名期刊之后发表的又一重要研究成果，积极为保护生态环境和人民健康贡献力量。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137564