Adv Sci综述：MOF气体传感器的发展

纳米技术

2021-12-25

由于目前人们对室内/室外空气质量、工业气体泄漏、食品安全新鲜度、医疗诊断等领域的日益关切，因此需要微型化同时具有优异敏感性、选择性、稳定性的低功耗长寿命气体传感器。

MOF材料表现了结构多种多样、比表面积超高、孔结构可控、具有主客体相互作用等优点，因此发展基于MOF的气体传感器具有广阔的应用前景。过去一些年间人们在发展具有更高灵敏度和选择性、同时通过分子筛选作用和预先气体浓度富集构建的MOF材料传感器中得到广泛的进展。

虽然目前一些文献综述中对该领域的进展从不同角度进行总结，但是没有比较详细的综述报道。有鉴于此，西安交通大学袁泓晔、新加坡国立大学赵丹等综述报道MOF材料在气体传感器领域的应用。

本文要点：

（1）

基于各种不同传导机理，包括化学电阻传感、电容/阻抗、场效应传感、kelvin传感、质量变化敏感、光学传感等技术的传感器进行总结报道。此外，对制备大面积MOF薄膜材料用于制备大量气体传感器的进展进行总结。MOF材料的结构和组分与其气体传感性能有密切关系。

（2）

对基于MOF材料的面临的挑战、存在的机会、实际应用前景进行总结。MOF气体传感器在实际工作中的稳定性是个问题和挑战，特别是在湿度、酸性环境、碱性环境、高压高温等环境，导致器件的性能和寿命受到影响，因此发展具有高价态金属中心位点（比如Ti⁴⁺和Zr⁴⁺）或者多齿疏水性配体的MOF是个非常好的选择；需要进一步提高对MOF材料的结构-性质关系深入理解，用于设计特定物理化学性质的MOF材料器件；制备大面积的均质性MOF，以及控制厚度、取向、吸附/接触、放置于特定微型电子器件，仍具有非常高的挑战；目前大多数的相关研究主要局限在单一MOF材料，制备多种MOF材料构建的传感器阵列对于传感器在检测多种混合气体的实际操作过程中有更高的意义；通过构建更高级的传感结构改善MOF的传感性能；发展更好的数据处理能力和对MOF传感器进行预训练，实现MOF传感器能够实现自我校正、寿命预期等。

参考文献

Hongye Yuan, Nanxi Li, Weidong Fan, Hong Cai, Dan Zhao, Metal-Organic Framework Based Gas Sensors, Adv. Sci. 2021, 2104374

DOI: 10.1002/advs.202104374

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202104374