具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）活性的金屬有機(jī)框架（MOF）在能源和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。然而，不同粒徑MOFs的可控合成不僅影響其AIE活性，也限制了其應(yīng)用場(chǎng)景。

為此，清華大學(xué)李雙壽教授、季林紅教授及Qi Zhang聯(lián)合清華長(zhǎng)庚醫(yī)院蔣絢教授等人通過(guò)調(diào)整合成工藝參數(shù)（合成溫度、Eu前體濃度和合成時(shí)間）合成了不同粒徑的銪基金屬有機(jī)骨架材料（Eu-MOFs），并結(jié)合單因素分析方法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)研究了其變化規(guī)律。

首先，作者利用單因素分析方法研究了合成溫度、Eu前體濃度和合成時(shí)間對(duì)Eu-MOFs粒徑的變化規(guī)律，可得出以下結(jié)論：Eu-MOFs的粒徑明顯受Eu前驅(qū)體濃度支配，其影響比合成溫度和時(shí)間更為顯著。其次，作者采用了各種機(jī)器學(xué)習(xí)模型（如線性回歸、AdaBoost回歸、梯度提升決策樹（GBDT）回歸和隨機(jī)森林回歸）來(lái)評(píng)估Eu-MOF的粒徑變化規(guī)律。

基于比較模型的R²大小，作者最終采用GBDT回歸模型（0.9535）來(lái)計(jì)算不同合成工藝參數(shù)之間的權(quán)重和相關(guān)性。

圖1. 機(jī)器學(xué)習(xí)輔助Eu-MOFs合成條件的評(píng)估和預(yù)測(cè)

研究表明，所有合成工藝參數(shù)對(duì)Eu-MOFs的粒徑都有協(xié)同作用，且Eu前驅(qū)體濃度在其合成過(guò)程中占主導(dǎo)地位?；谏鲜龉ぷ鳎梢愿鶕?jù)Eu-MOFs 的不同粒徑范圍預(yù)測(cè)合成工藝參數(shù)范圍。

此外，作者制備了三種典型的小尺寸Eu-MOFs，并研究了Eu-MOFs的AIE活性機(jī)制。通過(guò)分析粒度、XPS光譜和光致發(fā)光（PL）發(fā)射強(qiáng)度得出的結(jié)合效應(yīng)，作者發(fā)現(xiàn)Eu-MOFs 的大尺寸和不同元素之間的強(qiáng)結(jié)合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有助于Eu-MOFs的高AIE活性。最后，作者利用在“120-0.3-6”條件下合成Eu-MOFs制作的絲網(wǎng)印刷圖案在紫外光下呈現(xiàn)出明亮的紅色熒光。更重要的是，這些Eu-MOF可用于識(shí)別各種離子（Fe³⁺、F^–、I^–、SO₄^2-、CO₃^2-、PO₄^3-）及小分子（檸檬酸），I^–和葡萄糖濃度與PL發(fā)射強(qiáng)度呈極好的線性關(guān)系。

圖2. Eu-MOFs的熒光性質(zhì)、離子和小分子識(shí)別

Size-Controllable Eu-MOFs through Machine Learning Technology: Application for High Sensitive Ions and Small-Molecular Identification, Small Methods 2022. DOI: 10.1002/smtd.202200208