传统痕量水检测多依赖电阻、电容型传感器，需复杂仪器且难以实现裸眼可视化读出，发光 MOF 虽可用于光学传感，但大多基于常规节点-配体结构，原子精确金属簇基框架的刺激响应发光机制与水传感应用仍未被充分挖掘，如何通过水分子调控簇基 MOF 的配位结构与激发态，实现高灵敏、可视化、可逆的水感应，是当前智能传感材料的重要挑战。
郑州大学臧双全与李海洋团队设计合成 Ag₁₂簇基 MOF 材料，实现水触发 3D 互穿骨架向 2D 水合相的可逆结构转变，带来橙色到黄色的快速、可逆、可视化荧光变色，实现超痕量水的高选择性、高灵敏光学传感，为簇基框架的刺激响应与可视化检测提供全新设计范式。相关研究成果发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》(IF 26.8)。研究团队设计合成了以原子精确 Ag₁₂簇为节点、1,2,4,5-四氰基苯（TCNB）为桥联配体的银硫醇盐簇基 MOF（Ag₁₂-TCNB 3D-3D）。该材料在水分子作用下发生可逆的 3D→2D 结构转变，伴随发光从橙色（590 nm）向亮黄色（550 nm）的显著变色，可在相对湿度低于 1.26% 的条件下实现裸眼快速识别。单晶 X 射线衍射表明，初始态 Ag₁₂-TCNB 3D-3D 为单斜晶系 P2₁/n 空间群，由 Ag₁₂簇通过 TCNB 配体形成二重互穿 3D 骨架，孔道中包含 CF₃COOH 分子，通过氢键稳定框架。
当暴露于水蒸气时，H₂O 分子竞争配位 Ag (I) 位点，部分取代 CF₃COO⁻的配位，破坏部分 Ag−N 键，使 3D 骨架转化为水合 2D 结构（Ag₁₂-TCNB 2D-H₂O），其组成为 [Ag₁₂(ⁱPrS)₆(CF₃COO)₆(TCNB)₄(H₂O)₄]ₙ，结晶于 Pbca 空间群。原位 PXRD 证实该结构转变完全可逆，脱水后可恢复初始 3D-3D 相。原位红外光谱在水分子吸附后出现 O−H 伸缩振动峰，接触角测试显示材料表面亲水性显著提升，证明 H₂O 快速进入骨架并与簇节点发生强相互作用。
发光测试显示，Ag₁₂-TCNB 3D-3D 在真空下呈橙色发光，随着水蒸气压升高，发光强度显著增强并发生蓝移，在 3.5 kPa H₂O 下达到最亮黄色荧光，荧光强度与水蒸气压呈现良好线性关系（R²>0.99），检测限低至 9.9 Pa（0.31% RH）。循环测试表明材料经历数十次吸湿-脱湿循环后发光信号无衰减，具有优异的抗疲劳性。对照实验证实材料对 N₂、O₂、CO₂、He 等气体无响应，仅对 H₂O 表现特异性荧光开启与变色行为，选择性突出。
DFT 与 TD-DFT 计算揭示，水配位改变 Ag₁₂簇的电子结构与激发态组成，使以金属到配体电荷转移（MLCT）为主的激发态发生重构，非辐射跃迁被显著抑制，荧光量子产率从 0.68% 提升至 10.57%。独立梯度模型（IGMH）与电子定域化函数（ELF）分析证实，H₂O 通过弱氢键与骨架作用，不破坏簇核心，仅调控配位环境与发光行为。将该材料制成薄膜可实现有机溶剂中痕量水的可视化检测，在无水溶剂中薄膜保持橙色，随微量水扩散逐渐变为黄色，可直观判断溶剂干燥程度，为无水化学反应环境监测提供便捷手段。该研究实现水触发簇基 MOF 的可逆 3D→2D 结构转变与显著发光变色，建立了基于 Ag₁₂簇激发态调控的高灵敏、高选择性、可视化痕量水传感新机制，所开发的 Ag₁₂-TCNB 材料无需电路、无需仪器，可裸眼识别超低湿度，为簇基框架在刺激响应发光与智能传感领域的应用开辟新方向。
K.Ma, F.Liu, H.-N.Ma, H.-Y.Li, S.-Q.Zang, and T. C. W.Mak, “Water-Triggered Structural Transformation in a Silver Chalcogenolate Cluster-Based MOF (SCC-MOF) Enables Visually Readable Trace Water Sensing.” Advanced Materials (2026): e73504. https://doi.org/10.1002/adma.73504
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