Page 51 - 《精细化工》2020年第2期

第 2 期 郝肖柯，等: 基于 MOFs 材料的酸性气体传感器应用研究进展
可穿戴的多功能电子产品是化学传感器商业化
应用的一个方向，有潜力推进个性化医疗、健康监
测、环境安全和个人防护。因此，开发具有柔性和
可穿戴功能的新型传感平台很有意义
SMITH 等 [29] 研究了柔性纺织品支撑的化学电
阻传感器阵列，通过简单快速的溶液相自组装方法
直接将 2D 导电 MOFs〔Ni 3 (HHTP) 2 和 Ni 3 (HITP) 2 〕
集成到纺织品中制备多功能电子纺织品（见图 6a、b）。
图 6 柔性传感器制备的材料（a），传感原理及 SEM 图
（b） [29]
Fig. 6 Starting materials for SOFT-sensors (a), sensing
principle and SEM images (b) [29]
这些引入了 2D 导电 MOFs 的电子纺织品显示
出可靠的导电性、增强的孔隙率（通过结合纺织品
的中孔和导电 MOFs 的微孔）、柔韧性和稳定性（可
洗涤、热稳定）。并且此柔性纺织品装置上的自组装
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框架能够在 110 （体积分数）水平上检测和区分
目标气体 NO、H 2 S 和 H 2 O，并在湿度（体积分数为
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500010 ，18% RH）下保持其化学电阻功能。其
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LOD（体积分数）：NO 为 0.1610 ，H 2 S 为 0.2310 。
此外，这些设备还能够捕获和过滤分析物，实现了
同时定量地吸收、检测和区分危险气体多重功能。
从以上研究可以发现，MOFs 阵列简单来说是
多种单一 MOFs 传感器的组合，相较于单一 MOFs
更加灵活和实用。以上两节都是对纯 MOFs 的直接
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利用，此外，MOFs 与其他功能材料的可控集成复
合材料在实际应用中也取得了重要进展，在电催化
和光催化、能量储存以及生物医学和传感等研究领
[26-28] 。 域都有很杰出的表现。
2.3 MOFs 复合材料
MOFs 复合材料已经成功地通过 MOFs 与金属
纳米粒子、有机和无机氧化物、量子点、聚合物、
各种碳基材料、酶、硅基材料，甚至多金属氧酸盐
的集成而产生 [30] 。
MOFs 热解制备的多孔碳复合材料具有化学和
热稳定性好、比表面积大、孔隙率高等优点，特别
是活性功能材料，如无机纳米粒子和 TMDs，可以
在简单的热解后很容易地负载在 MOFs 衍生的碳材
[7]
料上 。其中，核-壳或类核-壳的 NP@MOFs 纳米
结构是获得无机纳米粒子（NPs）和 MOFs 协同性
质，并进行多功能应用最方便、高效的方法之一。
一方面，小粒径无机纳米粒子具有高表面能，其迁
移与团聚会被 MOFs 壳的包裹极大限制，从而使 NPs
核的稳定性和化学活性得以保存；另一方面，NPs
核（独特的光、电、磁和催化性能）与 MOFs 壳（结
构弹性大、结晶孔有序、配位点多）的优点能被有
效地结合。因此，MOFs 复合材料可获得不同于单
一组分材料的新的物理及化学性质 [31] 。
金属氧化物作为一类化学电阻型气敏材料，具
有灵敏度高、成本低、响应快、工作原理简单、实
时性好等优点，在工业和家庭中得到了广泛的应用。
但 CO 2 与金属氧化物的相互作用很差，因为 CO 2 不
能进一步被氧化分解。DMELLO 等 [32] 将钴-咪唑基
ZIF-67 MOF 生长在预先形成的 SnO 2 纳米粒子上，
实现核-壳结构，如图 7a 所示。在这种复合材料中，
MOFs 不仅可以作为目标气体的储藏室，还可以影
响 SnO 2 的表面化学性质，在 SnO 2 上的 ZIF-67 涂层
使 SnO 2 的响应提高了 12 倍（对于体积分数为 50%
的 CO 2 ）。与 SnO 2 不同的是，SnO 2 @ZIF-67 由于核-
壳纳米结构产生的协同效应（如电子结构变化）而表
现出稳定和强烈的响应，两者气敏特性对比见图 7b。
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