全氟化合物（PFCs）作为持久性高毒性新兴污染物，对生态环境与人类健康构成严重威胁。尽管色谱-质谱联用技术具有高灵敏度和高特异性优势，但存在设备昂贵、操作复杂、耗时较长等局限，难以满足现场快速检测需求。因此，发展快速、低成本、易操作的检测方法对于实现现场监测与精准预警具有重要现实意义。然而，现有检测策略多聚焦于单一PFCs（如PFOA或PFOS），无法有效应对实际环境中多种PFCs共存的复杂体系，制约了全面风险评估的准确性。纳米酶比色传感技术可实现多分析物同时检测，显著提升了日常环境监测场景的适用性，为解决以上问题提供了新思路。

山西大学环境科学研究所郭玉晶教授团队研发出一种纳米酶比色传感器，可实现单一及混合PFCs的高灵敏检测（示意图）。研究通过将阳离子型氟化金属有机框架（F-MOF）插层并锚定在血红素功能化石墨烯（H-Gr）的层间与表面，成功构建出具有类过氧化物酶活性的F-MOF/H-Gr复合材料。该材料通过静电吸附-配位协同与氟-氟特异性识别作用，实现对PFCs的选择性富集。被吸附的PFCs分子在材料表面产生空间位阻效应，有效抑制其催化活性，据此建立“浓度-活性”定量关联模型。结合TMB显色反应与紫外-可见分光光度检测，最终形成对PFCs的高效传感体系。

 示意图：F-MOF/H-Gr复合材料的制备及其用于PFCs传感的示意图

首先，采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对F-MOF/H-Gr进行了表征，证明了F-MOF/H-Gr的成功合成。F-MOF保持其原始球形形貌，并均匀分布于H-Gr的表面及层间（图1）；F-H2BDC与INO两种配体均已成功参与F-MOF的构筑（图2）。

                        图1. (a, b) F-MOF的SEM图像；(c, d) H-Gr的SEM和TEM图像；(e, f) F-MOF/H-Gr的SEM图像；(g-n) F-MOF/H-Gr的元素分布图。

图2. (a) H-Gr、F-MOF-mono、F-MOF-mono/H-Gr、F-MOF及F-MOF/H-Gr的FTIR光谱；(b) F-MOF/H-Gr的XPS全谱；高分辨率XPS谱：(c) C 1s, (d) N 1s, (e) O 1s, (f) F 1s。

随后，评估了F-MOF/H-Gr的类过氧化物酶活性，并深入探究其动力学特性与催化机制。在多种比色反应体系中，F-MOF/H-Gr表现出显著的类过氧化物酶催化活性。稳态动力学分析表明，该材料的米氏动力学行为与天然辣根过氧化物酶高度吻合。进一步通过自由基捕获实验与电子顺磁共振（EPR）测试，鉴定•OH与1O2为催化过程中的主要活性氧物种（图3）。

图3. (a) 不同体系催化TMB氧化的吸收光谱；以 (b) H2O2和 (c) TMB为底物的F-MOF/H-Gr稳态动力学曲线（插图为对应Lineweaver-Burk图）；(d) 不同自由基清除剂存在下F-MOF/H-Gr的催化活性；(e) 各反应体系中捕获•OH的荧光光谱；(f) EPR谱图。

基于F-MOF/H-Gr的类过氧化物酶活性，成功构建了PFCs比色传感器，阐明了其遵循竞争性抑制机制，并证明F-MOF是吸附PFCs的关键组分。在最优条件下，该传感器对单一及混合PFCs均表现出优异的线性响应与高选择性（图4）。

图4. (a) PFCs对体系吸光度的影响（插图：对应比色照片）；(b) 不同体系在不同PFCs浓度下的吸光度（插图：ΔA）；F-MOF/H-Gr + TMB + H₂O₂体系随 (c) PFOA、(d) PFHpA、(e) PFOS、(f) PFBS及 (g) 混合PFCs浓度增加的紫外-可见光谱及对应线性关系（灰色虚线：空白对照）；(h) 体系在有无PFCs时的视觉对比；(i) 对PFCs（50 μM）及潜在干扰物（200 μM）的吸光度响应。

最后，基于FTIR、XPS与DFT计算，探究了F-MOF/H-Gr对PFCs的吸附与传感机制。结果表明，PFCs在F-MOF/H-Gr上的吸附为放热过程，具有热力学自发性，其吸附强度受碳链长度与头基极性共同调控。在传感过程中，F-MOF/H-Gr通过静电吸引、配位作用与氟-氟亲和力高效捕获PFCs分子。吸附的PFCs一方面占据催化位点，抑制H₂O₂分解生成活性氧；另一方面通过疏水与氟-氟作用引发游离PFCs发生进一步自聚集，增强空间位阻效应，从而显著降低活性氧产率，减缓TMB向oxTMB的转化，最终实现PFCs的定量检测（图5，图6）。

图5. (a) F-MOF/H-Gr吸附PFCs前后的FTIR谱图及高分辨率XPS谱：(b) Zr 3d, (c) N 1s。

                                图6. PFHpA、PFOA、PFBS和PFOS在F-MOF上的 (a-d) 潜在吸附位点与 (e-h) 优化吸附构型；(i-l) 对应静电势图；(m) 吸附与检测机理示意图。

总结与展望:

本研究以锆离子为中心金属、F-H2BDC/INO为配体，成功合成具有均一形貌与高氟含量的阳离子型F-MOF，并将其锚定至H-Gr网络结构中，构建出具有类过氧化物酶活性的F-MOF/H-Gr复合材料。基于该材料开发的比色传感器可实现单一及混合PFCs的准确检测，并能有效区分PFCs与非氟化干扰物。传感器性能优异，具有线性范围宽（0.001–300 μM）、检测限低（0.8 nM），以及优异的重现性、稳定性、选择性与抗干扰能力，表明F-MOF/H-Gr在PFCs的实际环境样品监测中具备良好的应用潜力。

相关成果以“A Colorimetric Sensor Based on Cationic F‑MOF/Hemin-Graphene Peroxidase Nanozymes for the Detection of Perfluorinated Compounds”为题发表在国际权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem.5c04699）。论文第一作者为山西大学张麒博士，通讯作者为郭玉晶教授和范丽芳教授。