二維納米材料作為一種新型的多功能材料，在化學(xué)電阻型氣體傳感應(yīng)用中也展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)：1）大的比表面積以及獨(dú)特的2D幾何形狀將大量的活性位點(diǎn)直接暴露于分析物分子；2）2D結(jié)構(gòu)限制了載流子在2D平面內(nèi)遷移，促進(jìn)了電荷的傳導(dǎo)；3）更重要的是，豐富的表面化學(xué)可以作為額外的功能基序的修飾位點(diǎn)，這可能會(huì)進(jìn)一步調(diào)節(jié)傳感性能。
共價(jià)有機(jī)骨架（COFs）是一種通過(guò)共價(jià)鍵連接的結(jié)晶材料，其穩(wěn)定性高、有機(jī)成分可設(shè)計(jì)、孔結(jié)構(gòu)規(guī)整以及活性位點(diǎn)可目的性改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。COF材料所展現(xiàn)出的特征在傳統(tǒng)的氣體傳感材料中很少觀(guān)察到，其是非常適合應(yīng)用于氣體傳感。然而，COF材料通常是被合成為不規(guī)則的微晶，很大程度上阻礙了其在氣體傳感應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。鑒于2D材料在氣體傳感中的優(yōu)勢(shì)，將COF材料制成2D納米結(jié)構(gòu)將是一種可行的策略，可以充分利用其優(yōu)勢(shì)來(lái)改善傳感性能。
圖1. TPCOF特異性以及高靈敏度的檢測(cè)NO2。 近日，華南師范大學(xué)蘭亞乾教授、陳宜法副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所徐剛研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于非線(xiàn)性配體的COF 2D納米片材料，設(shè)計(jì)得到的H2-TPCOF不僅大大減少了層間相互作用，且預(yù)留的卟啉環(huán)可作為其金屬可修飾位點(diǎn)，極大的改善了材料的氣敏性能，實(shí)現(xiàn)室溫下對(duì)NO2的高靈敏度和特異性傳感。 圖2. H2-TPCOF的表征圖。 圖3. Co-TPCOF的室溫氣敏性能。 圖4. Co-TPCOF的DFT理論計(jì)算以及原位紅外測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種由非線(xiàn)性橋聯(lián)配體和卟啉組分組裝的COF材料，大大降低了層間應(yīng)力，使超薄納米片的直接合成成為可能。作者預(yù)先設(shè)計(jì)的卟啉環(huán)可作為其表面可修飾的位置進(jìn)行后金屬化，有效的實(shí)現(xiàn)傳感性能的改善。金屬化的Co-TPCOF對(duì)NO2表現(xiàn)出高度的特異性，是已報(bào)道的2D材料和COF材料中靈敏度最高的材料之一，具有6.8 ppb的超低檢測(cè)限以及快速的響應(yīng)速度。此外，通過(guò)密度泛函(DFT)計(jì)算以及原位紅外表征對(duì)傳感機(jī)理進(jìn)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(jī)理。 這工作為設(shè)計(jì)更多表面化學(xué)含量豐富的2D傳感材料提供了一條新的途徑。 論文信息： Porphyrin-Based COF 2D Materials: Variable Modification of Sensing Performances by Post-Metallization Ya-Qian Lan, Ming Liu, Yong-Jun Chen, Xin Huang, Long-Zhang Dong, Meng Lu, Can Guo, Daqiang Yuan, Yifa Chen, Gang Xu, Shun-Li Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202115308
