西安交大在构筑高性能气体传感器领域取得新进展

传感器技术被称为现代信息技术三大支柱之一，气体传感器作为其中重要一环，在工业气体泄露检测、新型医疗诊断、智能家居、现代农业和爆炸物检测等领域有着广阔的应用前景。设计和创制兼具高灵敏度、高选择性和高稳定性的气敏材料是制备高性能气体传感器的关键。导电金属有机框架（c-MOFs）作为一类新型的导电晶体多孔材料，具有高比表面积、可调的拓扑结构、孔径大小、形状、主客体相互作用、可调带隙和电荷传输等特性，使其在气体传感器等领域具有巨大的应用潜力。

由传统的热溶剂合成策略制备的微晶c-MOF粉末具有拓展的拓扑网络结构和结晶度，但固有缺乏溶液可加工性，使得制备大面积、高质量、取向导电MOF薄膜变得困难，限制了其与微纳器件的集成与结合，表现出受限的载流子和质量传输特性等，因而进一步限制了MOF基高性能微纳传感器的批量化制备与应用。如何从“自下而上”构筑对特定气体具有特异性识别功能的高灵敏c-MOF体系并实现高质量、取向、大面积导电MOF薄膜的可控制备仍面临挑战。

Ni3(HITP)2/NUS-8合成策略示意图及其在多维传感中的应用

针对这一问题，西安交通大学材料科学与工程学院张明明/袁泓晔团队以典型的Ni3(HITP)2（HITP = 2，3，6，7，10，11-己氨基三苯）和二维Zr-BTB MOF (NUS-8)作为研究对象，借助模板辅助生长策略，利用NUS-8的二维特性、溶液可加工性和Ni3(HITP)2的导电性，以及NUS-8和Ni3(HITP)2之间良好的晶格匹配效应，构筑了具有高导电性、优异的溶液可加工特性和高孔隙率的MOF-on-MOF结构（Ni3(HITP)2/NUS-8），并将其应用于超痕量H2S室温检测及柔性传感等领域。

研究结果表明，Ni3(HITP)2在NUS-8纳米片的受控外延生长遵循S-K的生长模式；通过控制生长的动力学，得到了分散性优异且具有较高稳定性的Ni3(HITP)2/NUS-8悬浮液的制备，实现了具有可变厚度、取向和大面积Ni3(HITP)2/NUS-8膜及复杂图案的可控制备，并应用于柔性传感。

最后，基于Ni3(HITP)2/NUS-8的气体传感器在室温下对超痕量H2S表现出优异的灵敏度（检测极限约为6 ppb）、选择性和稳定性。该工作可能为MOF薄膜及兼具高灵敏度和高选择性MOF基气体传感器的批量化制备提供新的思路。

基于Ni3(HITP)2/NUS-8传感器的气体室温传感性能

该工作以《基于模板辅助生长策略构筑溶液可加工性MOF-on-MOF体系用于超痕量H2S检测》“Solution-Processable MOF-on-MOF System Constructed via Template-Assisted Growth for Ultratrace H2S Detection”为题发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。西安交通大学材料科学与工程学院博士生吴炫昊为论文第一作者，袁泓晔特聘研究员和武汉大学肖淞副教授为论文共同通讯作者，论文合作成员包括团队负责人张明明教授、山东大学陶继方教授等。金属材料强度国家重点实验室和西安交通大学材料科学与工程学院为该工作第一作者及通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金、高层次留学人才回国资助计划、陕西省高层次青年人才引进计划以及西安交通大学青年拔尖人才支持计划的共同资助。论文中的表征及测试得到了材料创新设计中心王疆靖教授和聂超博士以及西安交通大学分析测试共享中心的支持。

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