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MOF纳米薄膜作为疏水层和催化剂增强MOX气敏传感器性能

目前,传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域,如工业自动化、农业现代化、航天技术、机器人技术、环境监测、医疗诊断、交通运输、智能家居、可穿戴设备等。智能传感器作为21世纪最具影响力和发展前景高新技术,正引起国内外电子信息界的高度重视。金属氧化物(MOX)化学电阻型气敏传感器虽然取得一定的成果,但是由于MOX本身的广谱响应特性,因而对单一气体的选择性检测(selectivity)却一直缺乏普适性的技术。选择性差作为MOX化学电阻型气敏传感器的瓶颈问题一直困扰着相关领域的研究人员。


中国科学院福建物质结构研究所徐刚研究员小组提出了一种使用金属有机框架材料(MOFs)作为气体选择吸附和催化薄膜来增强MOX气敏传感器选择性和灵敏度的新思路。该研究以ZnO纳米线阵列薄膜为基底,在其表面外延生长双金属MOF薄膜,获得了一种由双金属比例可调、厚度可控的MOX@MOFs纳米核鞘结构一维纳米阵列薄膜。该材料以50-100 nm的ZnO纳米线为核心导电网络和高灵敏度气敏材料,以双金属混合 ZIF-CoZn薄膜的MOFs鞘层为选择性抗湿度材料,同时MOF鞘层中的Co元素具有低温催化能力,进一步提升综合气敏性能,使得该材料具备极灵敏的低温VOCs检测能力和选择性地提升其抗湿度性能。气敏测试结果表明:ZnO@MOF核鞘结构(1)具备了较好的抗湿度干扰的能力,变异系数仅为7.4%,优于10%;(2)检测限和响应值(10 ppm)可达0.002 ppm和27,比纯ZnO阵列分别提升了2个数量级和约20倍;(3)对丙酮的最佳响应温度比纯ZnO降低了125℃左右;(4)响应速度提高了48%,恢复速度提高了470%。该工作中构筑的MOX@MOFs核鞘结构一维纳米阵列薄膜,不但可以作为一种的普适方法,在改善薄膜电学器件性能方面得到广泛的研究和应用,而且有望促进具有优异选择性和灵敏度的气敏传感器的发展,并大规模应用于智能家居/载具、快速医学检测和可穿戴设备中。

Adv. Mater., 2016, 28 (26), 5229-5234


这一研究成果发表于《Advanced Materials》上。


http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201506457/full


原文:MOF Thin Film-Coated Metal Oxide Nanowire Array: Significantly Improved Chemiresistor Sensor Performance

Adv. Mater., 2016, 28, 5229-5234, DOI: 10.1002/adma.201506457


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