铱配合物在磷光化学传感器中的应用

doi:10.3866/PKU.WHXB201112222

摘要/Abstract

摘要： 由于在生物领域和物联网领域的广泛应用, 化学传感器在近期发展迅速. 相比于纯有机分子的荧光化学传感器, 基于重金属配合物的磷光化学传感器由于发光寿命长, 斯托克斯位移大等优点越来越引起人们的广泛关注. 重金属铱配合物三线态寿命短, 发光效率高而且配合物的发射波长容易受配体的改变而发生变化, 因此成为最好的磷光传感器材料之一. 本文介绍了铱配合物在磷光化学传感器领域中的应用, 具体包括: 阳离子传感器、阴离子传感器、氧分子传感器、氨基酸传感器、pH传感器等, 并指出了相比于其它磷光化学传感器, 基于铱配合物的磷光化学传感器的优势以及目前所存在的问题, 最后, 对基于铱配合物的磷光化学传感器的研究和发展方向进行了展望.

关键词: 化学传感器, 离子型铱配合物, 中性铱配合物, 磷光, 能量传递

Abstract: Chemosensors have developed quickly because they are widely used in biology. Compared to organic fluorescent chemosensors, phosphorescent chemosensors based on heavy metal complexes have attracted great attention because of distinctive merits such as relatively long lifetimes and significant Stokes shifts. Iridium complexes had been successfully used as phosphorescent chemosensors because of their relatively short excited state lifetime, high photoluminescence efficiency, and wide range emission colors that can be tuned by the coordinated ligands. In this review, we have summarized the applications of iridium complexes in cation, anion, oxygen, amino acid, and pH sensors. Furthermore, the advantages and disadvantages of these chemosensors have been compared to others. Finally, some prospects for future study are proposed.

Key words: Chemosensor, Charged iridium complex, Neutral iridium complex, Phosphorescence, Energy transfer

MSC2000:

O644

郭远辉, 梅群波, 颜芳, 王玲霞, 翁洁娜, 张彬, 黄维. 铱配合物在磷光化学传感器中的应用[J]. 物理化学学报, 2012, 28(04): 739-750.

GUO Yuan-Hui, MEI Qun-Bo, YAN Fang, WANG Ling-Xia, WENG Jie-Na, ZHANG Bin, HUANG Wei. Application of Iridium(III) Complexes in Phosphorescent Chemosensors[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2012, 28(04): 739-750.

参考文献

(1) Demas, J. N.; DeGraff, B. A. Coord. Chem. Rev. 2001, 211, 317.

(2) Cheng, Y.W.; Yang, Z.;Wei, H.;Wang, Y. Y.;Wei, L. M.; Zhang, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3127. [程应武, 杨志, 魏浩, 王艳艳, 魏良明, 张亚非. 物理化学学报, 2010, 26, 3127.]
(3) Li, M. J.; Chu, B.W. K.; Zhu, N. Y.; Yam, V.W.W. Inorg. Chem. 2007, 46, 720.

(4) Amoroso, A. J.; Arthur, R. J.; Coogan, M. P.; Court, J. B.; Moreira, V. F.; Hayes, A. J.; Lloyd, D.; Millet, C.; Pope, S. J. A. New J. Chem. 2008, 7, 1097.
(5) Carraway, E. R.; Demas, J. N.; DeGraff, B. A.; Baeon, J. R. Anal. Chem. 1991, 63, 337.

(6) Ge, F.; Cao, R. G.; Zhu, B.; Li, J. J.; Xu, D. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1779. [戈芳, 曹瑞国, 朱斌, 李经建, 徐东升. 物理化学学报, 2010, 26, 1779.]
(7) Lin, Z. H.; Zhao, Y. G.; Duan, C. Y.; Zhang, B. G.; Bai, Z. P. Dalton Trans. 2006, 30, 3678.
(8) Lo, H. S.; Yip, S. K.;Wong, K. M. C.; Zhu, N. Y.; Yam, V.W. W. Organometallics 2006, 25, 3537.

(9) McFarland, S. A.; Finney, N. S. Chem. Commun. 2003, 388.
(10) Yu, X. H.; Ge, G. P.; Zhang, G. L.; Guo, H. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1184. [于晓航, 葛国平, 张国林, 郭海清. 物理化学学报, 2010, 26, 1184.]
(11) Tong, B.; Mei, Q.;Wang, S.; Fang, Y.; Meng, Y.;Wang, B. J. Mater. Chem. 2008, 18, 1636.

(12) Kirgan, R. A.; Sullivan, B. P.; Rillema, D. P. Top. Curr. Chem. 2007, 281, 45.

(13) Roundhill, D. M. Photochemistry and Photophysics of Metal Complexes; Plenum Press: New York, 1994.
(14) Kumar, A.; Sun, S. S.; Lees, A. J. Coord. Chem. Rev. 2008, 252, 922.

(15) Cannizzo, A.; Blanco-Rodriguez, A. M.; Nahhas, A. E.; Sebera, J.; Zalis, S.; Chergui, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8967.

(16) King, K. A.;Watts, R. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1589.

(17) Ayala, N. P.; Flynn, C. M., Jr.; Sacksteder, L.; Demas, J. N.; DeGraff, B. A. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 3837.

(18) Polson, M.; Fracasso, S.; Bertolasi, V.; Ravaglia, M.; Scandola, F. Inorg. Chem. 2004, 43, 1950.

(19) Xia,W. S.; Schmehl, R. H.; Li, C. J. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5599.

(20) Valeur, B.; Leray, I. Coord. Chem. Rev. 2000, 205, 3.

(21) Silva, A. P.; Fox, D. B.; Huxley, A. J. M.; Moody, T. S. Coord. Chem. Rev. 2000, 205, 41.

(22) Frausto da Silva, J. J. R.;Williams, R. J. P. The Biological Chemistry of the Elements: The Inorganic Chemistry of Life; Clarendon: Oxford, 1991.
(23) Gutknecht, J. J. Membr. Biol. 1981, 61, 61.

(24) Ho, M. L.; Cheng, Y. M.;Wu, L. C.; Chou, P. T.; Lee, G. H.; Hsu, F. C.; Chi, Y. Polyhedron 2007, 26, 4886.

(25) Chen, X. Y.; Shi, J.; Li, Y. M.;Wang, F. L.;Wu, X.; Guo, Q. X.; Liu, L. Org. Lett. 2009, 11, 4426.

(26) Xu, Z.; Baek, K. H.; Kim, H. N.; Cui, J.; Qian, X.; Spring, D. R.; Shin, I.; Yoon, J. J. Am. Chem Soc. 2010, 132, 601.

(27) Xue, L.; Liu, C.; Jiang, H. Org. Lett. 2009, 11, 1655.

(28) Araya, J. C.; Gajardo, J.; Moya, S. A.; Aguirre, P.; Toupet, L.; Williams, J. A. G.; Escadeillas, M.; LeBozec H.; Guerchais, V. New J. Chem. 2010, 34, 21.

(29) Zhao, N.;Wu, Y. H.;Wen, H. M.; Zhang, X.; Chen, Z. N. Organometallics, 2009, 28, 5603.

(30) Charbonniere, L. J.; Ziessel, R. F.; Sans, C. A.; Harriman, A. Inorg. Chem. 2003, 42, 3466.

(31) Li, C. K.; Lu, X. X.;Wong, K. M. C.; Chan, C. L.; Zhu, N.; Yam, V.W.W. Inorg. Chem. 2004, 43, 7421.

(32) Muegge, B. D.; Richter, M. M. Anal. Chem. 2002, 74, 547.

(33) Schmittel, M.; Lin, H. Inorg. Chem. 2007, 46, 9139.

(34) Lin, H.; Cinar, M. E.; Schmittel, M. Dalton Trans. 2010, 39, 5130.

(35) Ho, M. L.; Hwang, F. M.; Chen, P. N.; Hu, Y. H.; Cheng, Y. M.; Chen, K. S.; Lee, G. H.; Chi, Y.; Chou, P. T. Org. Biomol. Chem. 2006, 4, 98.

(36) Brandel, J.; Sairenji, M.; Ichikawa, K.; Nabeshima, T. Chem. Commun. 2010, 3958.
(37) Zhao, Q.; Cao, T. Y.; Li, F. Y.; Li, X. H.; Jing, H.; Yi, T.; Huang, C. H. Organometallics 2007, 26, 2077.

(38) Zhao, Q.; Liu, S. J.; Li, F. Y.; Yi, T.; Huang, C. H. Dalton Trans. 2008, 3836.
(39) Shi, H. F.; Liu, S. J.; Sun, H. B.; Xu,W. J.; Zhao, Q.; Huang,W. Chem. Eur. J. 2010, 16, 12158.

(40) Yang, H.; Qian, J. J.; Li, Z. G.; Li, D. R.;Wu, H. X.; Yang, S. P. Inorg. Chim. Acta 2010, 263, 1755.
(41) Beer, P. D.; Gale, P. A. Angew. Chem. Int. Edit. 2001, 40, 486.

(42) Special Issues on anion receptors, Coord. Chem. Rev. 2003, 240
(43) Martnez-Mnez, R.; Sancenon, F. Chem. Rev. 2003, 103, 4419.

(44) Zhao, Q.; Liu, S. J.; Shi, M.; Li, F. Y.; Jing, H.; Yi, T.; Huang, C. H. Organometallics 2007, 26, 5922.

(44) Zhao, Q.; Liu, S. J.; Shi, M.; Li, F. Y.; Jing, H.; Yi, T.; Huang, C. H. Organometallics 2007, 26, 5922.
(46) You, Y.; Park, S. Y. Adv. Mater. 2008, 20, 3820.

(47) Zhao, Q.; Li, F.; Liu, S.; Yu, M.; Liu, Z.; Yi, T.; Huang, C. Inorg. Chem. 2008, 47, 9256.

(47) Zhao, Q.; Li, F.; Liu, S.; Yu, M.; Liu, Z.; Yi, T.; Huang, C. Inorg. Chem. 2008, 47, 9256.
(49) Xu,W.; Liu, S.; Sun, H.; Zhao, X.; Zhao, Q.; Sun, S.; Cheng, S.; Ma, T.; Zhou, L.; Huang,W. J. Mater. Chem. 2011, 21, 7572.

(49) Xu,W.; Liu, S.; Sun, H.; Zhao, X.; Zhao, Q.; Sun, S.; Cheng, S.; Ma, T.; Zhou, L.; Huang,W. J. Mater. Chem. 2011, 21, 7572.
(50) Goodall,W.;Williams, J. A. G. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2000, 2893.
(52) Lou, B.; Chen, Z. Q.; Bian Z. Q.; Huang, C. H. New J. Chem. 2010, 34, 132.

(53) Zhao, N.;Wu, Y. H.;Wang, R. M.; Shi, L. X.; Chen, Z. N. Analyst 2011, 136, 2277.

(54) Shahrokhian, S. Anal. Chem. 2001, 73, 5972.

(55) Seshadri, S.; Beiser, A.; Selhub, J.; Jacques, P. F.; Rosenberg, I. H.; D?Agostino, R. B.;Wilson, P.W. F. N. Engl. J. Med. 2002, 346, 476.

(55) Seshadri, S.; Beiser, A.; Selhub, J.; Jacques, P. F.; Rosenberg, I. H.; D?Agostino, R. B.;Wilson, P.W. F. N. Engl. J. Med. 2002, 346, 476.
(56) Lin,W.; Long, L.; Yuan, L.; Cao, Z.; Chen, B.; Tan,W. Org. Lett. 2008, 10, 5577.
(58) Chen, H. L.; Zhao, Q.;Wu, Y. B.; Li, F. Y.; Yang, H.; Yi, T.; Huang, C. H. Inorg. Chem. 2007, 46, 11075.

(59) Zhao, Q.; Xiong, L.; Chen, H.;Wu, Y.; Dong, Z.; Zhou, Z.; Li, F. Inorg. Chem. 2010, 49, 6402.

(60) Kwon, T. H.; Kim, H. J.; Hong, J. I. Chem. Eur. J. 2008, 14, 9613.

(61) Matsumoto, T.; Urano, Y.; Shoda, T.; Kojima, H.; Nagano, T. Org. Lett. 2007, 9, 3375.

(62) Huo, F. J.; Sun, Y. Q.; Su, J.; Chao, J. B.; Zhi, H. J.; Yin, C. X. Org. Lett. 2009, 11, 4918.

(63) Zhao, N.;Wu, Y. H.; Shi, L. X.; Lin, O. P.; Chen, Z. N. Dalton Trans. 2010, 39, 8288.

(64) Ma, D. L.;Wong,W. L.; Chung,W. H.; Chan, F. Y.; So, P. K.; Lai, T. S.; Zhou, Z. Y.; Leung, Y. C.;Wong, K. Y. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 3735.

(64) Ma, D. L.;Wong,W. L.; Chung,W. H.; Chan, F. Y.; So, P. K.; Lai, T. S.; Zhou, Z. Y.; Leung, Y. C.;Wong, K. Y. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 3735.
(65) Liu, Y.; Li, M.; Zhao, Q.;Wu, H.; Huang, K.; Li, F. Inorg. Chem. doi: 10.1021/ic102481x
(67) Leung, S. K.; Kwok, K. Y.; Zhang, K. Y.; Lo, K. K.W. Inorg. Chem. 2010, 49, 4984.

(68) Zhang, K. Y.; Lo, K. K.W. Inorg. Chem. 2009, 48, 6011.

(69) Lo, K. K.W.; Chung, C. K.; Zhu, N. Chem. Eur. J. 2003, 9, 475.

(69) Lo, K. K.W.; Chung, C. K.; Zhu, N. Chem. Eur. J. 2003, 9, 475.
(71) Huynh, L.;Wang, Z.; Yang, J.; Stoeva, V.; Lough, A.; Manners, I.;Winnik, M. A. Chem. Mater. 2005, 17, 4765.

(72) Derosa, M. C.; Hodgson, D. J.; Enright, G. D.; Dawson, B.; Evans, C. E. B.; Crutchley, R. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7619.

(73) Madina-Castillo, A. L.; Fernandez-Sanchez, J. F.; Klein, C.; Nazeeruddin, M. K.; Segura-Carretero, A.; Fernandez-Gutierrez, A.; Gr?tzel, M.; Spichiger-Keller, U. E. Analyst 2007, 132, 929.

(73) Madina-Castillo, A. L.; Fernandez-Sanchez, J. F.; Klein, C.; Nazeeruddin, M. K.; Segura-Carretero, A.; Fernandez-Gutierrez, A.; Grätzel, M.; Spichiger-Keller, U. E. Analyst 2007, 132, 929.
(75) Mak, C. S. K.; Pentlehner, D.; Stich, M.;Wolfbeis, O. S.; Chan, W. K.; Yersin, H. Chem. Mater. 2009, 21, 2173.

(76) Toro, M. M.; Fernandez-Sanchez, J. F.; Baranoff, E.; Nazeeruddin, M. K.; Gr?tzel, M.; Fernandez-Gutierrez, A. Talanta 2010, 82, 620.

(77) Ohmichi, T.; Kawamoto, Y.;Wu, P.; Miyoshi, D.; Karimata, H.; Sugimoto, N. Biochemistry 2005, 44, 7125.

(77) Ohmichi, T.; Kawamoto, Y.;Wu, P.; Miyoshi, D.; Karimata, H.; Sugimoto, N. Biochemistry 2005, 44, 7125.
(78) Whitaker, J. E.; Haughland, R. P.; Prendergast, F. G. Anal. Biochem. 1991, 194, 330.
(79) Lobnik, A.; Oehme, I.; Murkovic, I.;Wolfbeis, O. S. Anal. Chim. Acta 1998, 376, 159.
(81) Arm, K. J.; Leslie,W.;Williams, J. A. G. Inorg. Chim. Acta 2006, 359, 1222.

(82) Aoki, S.; Matsuo, Y.; Ogura, S.; Ohwada, H.; Hisamatsu, Y.; Moromizato, S.; Shiro, M.; Kitamura, M. Inorg. Chem. 2011, 50, 806.

(83) Goldstein, D. C.; Cheng, Y. Y.; Schmidt, T.W.; Bhandbhade, M.; Thordarson, P. Dalton Trans. 2011, 40, 2053.

(84) Han, M.; Chen, Y. M.;Wang, K. Z. New J. Chem. 2008, 32, 970.

(85) Gill, M. R.; Garcia-Lara, G.; Foster, S. J.; Smythe, C.; Battaglia, G.; Thomas, L. A. Nature Chemistry 2009, 1, 662.

(85) Gill, M. R.; Garcia-Lara, G.; Foster, S. J.; Smythe, C.; Battaglia, G.; Thomas, L. A. Nature Chemistry 2009, 1, 662.
(87) Liu, Z.; Bian, Z.; Bian, J.; Li, Z.; Nie, D.; Huang, C. Inorg. Chem. 2008, 47, 8025.

(88) Xiao, L.; Chen, Z.; Qu, B.; Luo, J.; Kong, S.; Gong, Q.; Kido, J. Adv. Mater. 2011, 23, 926.

(88) Xiao, L.; Chen, Z.; Qu, B.; Luo, J.; Kong, S.; Gong, Q.; Kido, J. Adv. Mater. 2011, 23, 926.
(89) Tang, X. Q.; Yu, J. S.; Li, L.;Wang, J.; Jiang, Y. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1012. [唐晓庆, 于军胜, 李璐, 王军, 蒋亚东. 物理化学学报, 2008, 24, 1012.]
(91) McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210.

(91) McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210.
(92) Nastasi, F.; Puntriero, F.; Campagna, S. Chem. Commun. 2007, 3556.
(94) Mydlad, M.; Bizzarri, C.; Hartmann, D.; Sarfert,W.; Schmid, G.; Cola, D. L. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1812.

(95) Lowry, M. S.; Bernhard, S. Chem. Eur. J. 2006, 12, 7970.

(96) He, L.; Duan, L.; Qiao, J.;Wang, R.;Wei, P.;Wang, L.; Qiu, Y. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2123.

(96) He, L.; Duan, L.; Qiao, J.;Wang, R.;Wei, P.;Wang, L.; Qiu, Y. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2123.
(97) Zapata, F.; Caballero, A.; Espionsa, A.; Tarraga, A.; Moina, P. Dalton Trans. 2009, 3900.

[1]	秦妍妍, 佘鹏飞, 郭颂, 黄晓萌, 刘淑娟, 赵强, 黄维. 四卤化锰(Ⅱ)配合物的结构调控及力致发光性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1907078 - .
[2]	郑霁,邢立锐,李丹. 极长与极短的铜铜距离-吡唑环三核亚铜配合物亲铜作用本质及发光调控[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2133 -2140 .
[3]	陈海龙,边红涛,郑俊荣. 基于超快多维振动光谱技术解析分子体系的三维空间构型[J]. 物理化学学报, 2017, 33(1): 40 -62 .
[4]	库里松·哈衣尔别克,赵淑贤,杨阳,曾涵. 固酶氮掺杂碳纳米复合物基燃料电池性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1715 -1726 .
[5]	王晓峰,左国防,李志锋,李会学. 位移谐振子模型对三(2-苯基吡啶)合铱磷光光谱影响的理论研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1667 -1676 .
[6]	韦传东, 葛国平, 李春艳, 雷克微, 梁洪泽, 禹钢, 刘志伟. 一种吡嗪铱(Ⅲ)配合物的晶体结构及光物理性质[J]. 物理化学学报, 2015, 31(1): 17 -22 .
[7]	邓陶丽, 闫世润, 胡建国. GdAlO₃：Er³⁺，Yb³⁺荧光粉的制备与上转换发光性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(4): 773 -780 .
[8]	赵顺省, 张召, 石国香, 冯维旭, 吕兴强, 刘向荣. 苯并咪唑衍生配体锌-铕(或铽)异金属双核配合物的合成、结构与光学性质[J]. 物理化学学报, 2013, 29(07): 1408 -1414 .
[9]	杨婷婷, 许慧侠, 王华, 苗艳勤, 杜晓刚, 景姝, 许并社. 一种基于咔唑的新型磷光主体材料的合成及光电性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1351 -1356 .
[10]	任静琨, 许慧侠, 屈丽桃, 张叶, 郝玉英, 王华, 许并社. 以1-苯基吡唑为主配体的红光Ir(III)配合物的合成及光电特性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(05): 1115 -1122 .
[11]	岳岩, 许慧侠, 郝玉英, 解晓东, 屈丽桃, 王华, 许并社. 室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(07): 1593 -1598 .
[12]	王玲霞, 梅群波, 颜芳, 田波, 翁洁娜, 张彬, 黄维. 稠杂环化合物在红色磷光铱配合物中的应用[J]. 物理化学学报, 2012, 28(07): 1556 -1569 .
[13]	王健, 张福俊, 徐征, 王永生. 蓝色磷光材料FIrpic的发光特性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(04): 949 -956 .
[14]	豆喜华, 赵韦人, 宋恩海, 闵华初. 紫外激发Sr_1-x-yMgP₂O₇:xCe³⁺,yTb³⁺荧光粉的发光特性及能量传递[J]. 物理化学学报, 2012, 28(03): 699 -705 .
[15]	支泽勇, 刘鹏程, 黄岩谊, 赵新生. 用于单分子动力学实验的微流控混合器[J]. 物理化学学报, 2011, 27(08): 1990 -1995 .