化學電阻型氣體傳感應用研究獲重要進展

近日，華南師范大學化學學院教授蘭亞乾團隊聯合福建物質結構研究所研究員徐剛在化學電阻型氣體傳感應用研究中取得重要進展，實現室溫下對NO₂的高靈敏度和特異性傳感。相關研究發表于《德國應用化學》。蘭亞乾、陳宜法和徐剛為該論文共同通訊作者，華南師范大學為完成單位。

二維（2D）納米材料，如石墨烯、金屬氧化物、磷烯、MXenes和其它2D化合物，已經被廣泛應用于能量存儲，電催化，生物化學以及電子設備等領域。近年來，二維納米材料作為一種新型的化學電阻型氣體傳感材料引起科學家的重視。共價有機骨架（COFs）是一種通過共價鍵連接的結晶材料，具有高的穩定性、可設計的有機成分、規整的孔結構以及后改性的活性位點等優點。這些特征在傳統的氣體傳感材料中很少觀察到，非常適合應用于氣體傳感。然而，大多數COF為不規則的微晶，極大的限制了材料在氣體傳感應用的開發。鑒于2D材料在氣體傳感中的優勢，將COF材料制成2D納米結構是一種可行的策略，可以充分利用其有利的特性并改善傳感性能。

華南師范大學化學學院教授蘭亞乾、副教授陳宜法聯合福建物質結構研究所研究員徐剛報道了一種基于非線性配體的COF 2D納米片材料。這種由非線性橋聯配體和卟啉組分組裝的COF材料，大大降低了層間應力，使超薄納米片的直接合成成為可能。預先設計的卟啉環可作為其表面可修飾的位置進行后金屬化，有效的實現傳感性能的改善。金屬化的Co-TPCOF對NO₂表現出高度的特異性，是已報道的2D材料和COF材料中靈敏度的材料之一，具有6.8 ppb的超低檢測限以及快速的響應速度。

此外，通過密度泛函（DFT）計算以及原位紅外表征對傳感機理進行了深入的研究，揭示了鈷卟啉中心的重要作用，提出其可能的NO₂傳感作用機理。該工作克服了用于化學電阻氣體傳感的傳統2D材料的表面化學惰性，合成了一系列基于COF的后修飾的2D納米材料，有效的改善了材料的傳感性能，實現室溫下對NO₂的高靈敏度和特異性傳感。

該項研究將為設計更多具有豐富表面化學性質的2D傳感材料提供新的途徑。

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