水体pH的准确检测在水质监测、化学反应控制、医学诊断等领域具有重要意义。目前，水体的pH检测主要通过电化学法，荧光和比色法检测pH具有响应速度快、分辨率高的特点而日益受到人们的重视。
共价有机框架材料（COFs）是一类基于可逆共价键形成的二维或三维有序多孔材料，已在催化、气体吸附及分离、质子导体、化学传感器、能源存储等领域开展研究，而基于COFs的pH传感器则研究较少。本工作中，我们采用前修饰法制备了8-羟基喹啉修饰的共价有机框架材料（COF-HQ），并发现其对于低酸度的溶液具有荧光和比色双重识别能力。
首先，通过粉末衍射、红外、氮气吸附、元素分析等多种手段对COF-HQ进行了表征。其多孔结构通过Materials Studio进行了模拟，发现AA堆积的蜂窝状结构为其合理结构。COF-HQ显示出较强的酸碱稳定性，在pH=1和10 M的NaOH溶液中均能稳定存在（图1）。
图1. COF-HQ的合成、结构模拟及粉末衍射、红外、氮气吸附、稳定性测试
在研究材料的酸碱稳定性时偶然发现COF-HQ在低pH溶液（1-5）中有明显的颜色变化，意味着COF-HQ可能用作肉眼检测识别低pH溶液的化学传感器。进一步研究发现，COF-HQ的荧光随着溶液酸度的增加逐渐增加，荧光强度与酸度显示出良好的线性关系。同时COF-HQ可反复利用5次，具有良好的可重复性（图2）。
图2. COF-HQ不同pH下荧光变化、机理解释、荧光强度与pH值的线性关系及重复利用性
为增加材料的实际应用性，将COF-HQ与聚乙烯醇复合，制备出功能化的混合基质膜，该高分子薄膜对于低pH溶液（1-5）溶液同样具有与COF-HQ类似的颜色变化，表明该材料可用于低pH的检测（图3）。
图3. COF-HQ及基于COF-HQ高分子薄膜的在不同pH下的颜色变化
中心陈龙为第一作者，王殳凹教授为本文通讯作者，何林玮、马付银、刘伟、王亚星、Mark、陈兰花、朱琳、桂大祥、李杰、翟富万等在材料合成、性能测试、思路讨论、文章修改等方面给予了极大的帮助，结构模拟得到南佛罗里达大学孙奇博士和四川大学李阳博士的无私帮助，在此一并表示感谢！本项目得到国家自然科学基金、国家优秀青年基金、中组部“青年千人计划”、江苏省杰出青年基金、博士后科研启动经费、博士后日常公用经费的资助。