【48812】教授团队开发用于在室温下检测氨气的快速反响传感器

  中不行代替的原资料。一起，氨气也是一种无色、有刺激性和腐蚀性的高毒性气体。因而，氨气的和传感对环境保护和人类健康的含义严重。现在，运用金属氧化物（MOx）作为亲和层是商用氨气的干流挑选。金属有机结构（MOF）具有结构可调、高孔隙率和可定制的功用，被认为是用作气体传感器亲和层的抱负挑选。近年来，依据MOF的气体传感器渐渐的遭到重视。尽管使用MOF进行气体传感已取得了严重进展，但用于氨气传感的MOF开发仍处于起步阶段，开发用于在室温下检测氨气的快速反响传感器仍然是一项艰巨的应战。

  据麦姆斯咨询报导，近期，南开大学张振杰教授团队采取了一种新的战略，合理地运用了两种高安稳性的霍夫曼型MOF作为氨气传感资料，该资料对氨气具有超高的静态吸附才能，仅低于现在的基准资料。拼装后的叉指电极设备在室温下表现出低检测限（25 ppb）、短呼应时刻（5 s），创下了现在已有报导的一切电信号传感器的记载。此外，在存在13种其它潜在搅扰气体的情况下，该传感器对氨气仍表现出极佳的挑选性。这项研讨为合理规划用于有毒气体的气体传感资料拓荒了新的路途。相关研讨成果以“Fabriction of robust and cost-efficient Hoffmann-type MOF sensors for roomtemperature ammonia detection”为题宣布在Nature Communications期刊上。

  研讨人员选用以下准则来挑选抱负的MOF传感资料：（1）具有高结构安稳性，以避免其结构在氨气中坍毁；（2）为完成较强的氨气吸附才能，具有敞开金属位点（OMS）和微孔的MOF是首选；（3）MOF的低成本和大规模制备是有毒气体和空气过滤器等工业使用的要害要求。依据此，研讨人员精心挑选了两种高安稳性的霍夫曼型MOF，即Ni(pyz)[Ni(CN)₄]（简称：NiNi-Pyz）和Co(pyz)[Ni(CN)₄]（简称：CoNi-Pyz）作为检测氨气的传感资料。

  经过M(NO₃)₂·6H₂O、Pyz和K₂[Ni(CN)₄]反响，研讨人员以绿色组成方法（水/甲醇溶液，室温条件下）制备了NiNi-Pyz和CoNi-Pyz（总称：MNi-Pyz，其间M = Ni和Co）。丰厚的敞开金属位点和超微尺度的孔隙使MNi-Pyz成为捕获氨气等气体分子的抱负资料。

  因为敞开金属位点的高密度、超微孔结构和强区域约束，MNi-Pyz在298 K和1 bar条件下对氨气的静态吸附容量到达29.1 mmol/g，是工业规范沸石（13X沸石）的三倍多，仅低于现在的基准MOF（-(OH)₂）。吸附动力学依据成果得出，MNi-Pyz在低浓度下可在20 s内到达吸附饱满，最大吸附速率高达1.67 mmol/(g·s)，证明了其快速吸附氨气的功能。此外，蒙特卡罗（GCMC）模拟计算标明，氨气有三个优先吸附位点，其间不饱满金属位点是首要吸附位点。此外，拼装好的叉指电极设备还被用作氨气传感器，可以检测1-1000 ppm低浓度范围内的氨气。该传感器的检测限低至25 ppb，在室温下的呼应时刻为5 s，是现在已有报导的电信号传感资猜中室温下呼应速度最快的。值得一提的是，该传感器可在室温下安稳输出信号两个月以上，且只需在室温下吹氨气就可以康复，无需加热。

  综上所述，在这项工作中，研讨人员将NiNi-Pyz和CoNi-Pyz两种霍夫曼型MOF合理地用作检测氨气的传感资料，验证了该资料用于实践氨气传感使用的巨大潜力。这项工作为规划和制造在室温下检测氨气的快速反响传感器供给了重要的辅导。