二氧化碳（CO2）气体的检测和监测在医学诊治和环境保护等界限施展热切作用。一方面心电图 偷拍，东说念主体呼出气体中CO2的检测不但能反应东说念主体推陈出新的景色，还能戒备由于CO2浓渡过高，东说念主体呼吸系统及大脑功能受损的风险；同期，大气中CO2浓度的监测为应答表象变化，制定科学合理的碳排放战略提供科学依据。然则，CO2是一种化学性质恰当的非极性分子，难以通过吸附在明锐材料上引起电子转机粗略通过电化学反应，将气体浓度信号升沉成可检测的电信号闭幕检测。常见的金属氧化物半导体气体传感器粗略电化学气体传感器无法检测CO2。此外，不管是呼出气体已经环境气体的检测，湿度的变化是影响气体检测可靠性的一大挑战。在高湿环境中，水分子与CO2在传感器的明锐层上发生竞争吸附，影响传感器的忠良度、恰当性等。

近日，吉林大学电子科学与工程学院张彤教学和周婷婷副教学报说念了一种基于mCP/MOF-804@[BMIM][Tf2N]的石英晶体微天平（QCM）型CO2传感器。通过间甲酚紫修饰MOF-804并包覆疏水离子液体，使其不仅在高湿环境下对CO 2气体出高忠良度（∆f = 384 Hz）、宽检测界限（400-80000 ppm）和雅致恰当性，也赋予传感器独到的气体致变色特点。真理真理的是，作家以明锐材料手脚墨汁在宣纸勾画花朵，当对画中的花瓣呼出CO 2气体时，其热诚由紫色变化为黄色。这种真理真理的征象使其在CO 2比色试纸树立以及防伪加密等界限具有欺诈后劲。

可视化演示，视频为由mCP/MOF-804@[BMIM][Tf2N]溶液绘图的花朵，当东说念主体呼出CO2后花朵热诚由紫色变为黄色

该责任以“Visual and Gravimetric CO 2 Sensing at High Humidity Levels Enabled by MOF-804 Cofunctionalized with Ionic Liquid and m-Cresol Purple”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.202414141）。吉林大学电子科学与工程学院徐潇依博士为第一作家，通信作家为张彤教学和周婷婷副教学。该询查取得了国度重心研发筹谋相貌、国度当然科学基金委面上相貌、中国科协后生东说念主才托举筹谋、吉林省科技厅相貌等的赞助。

图1. (a) 含有不同配体的 Zr-MOFs； (b) Zr-MOFs的FT-IR谱图； (c) MOF-804传感器的CO2气敏性能测试；(d)明锐机理分析心电图 偷拍

最初，通过溶剂热法合成了4种锆基MOFs（Zr-MOFs）并构筑QCM传感器。其中，基于MOF-804的QCM传感器对CO 2施展出最佳的气敏性能（105 Hz ~ 50000 ppm）。然则，跟着测试环境湿度的增多，传感器的基线和忠良度发生赫然漂移。DFT诡计成果袒露MOF-804对H 2O的吸附能（-0.94 eV）高于其对CO 2的吸附能（-0.24 eV）。且当MOF-804 优先吸附水分子后，对CO 2的吸附能进一步升迁，解释了施行中出现的基线漂移和忠良度漂移的原因（图1）。

图2. (a) MOF-804@IL复合材料的合成暗示图；(b) MOF-804和(c) MOF-804@IL-3的TEM和EDS-TEM 图； (d) DFT诡计的MOF-804@IL几何结构暗示图；(e) MOF-804@IL的ESP图；MOF-804@IL-x的(f) XRD图，和 (g) FT-IR谱图 (h-i) MOF-804@IL-3传感器的CO2气敏性能测试; (j) 明锐机理分析; (k) DFT诡计的MOF-804@IL-CO2几何结构暗示图; (l) MOF-804@IL -CO2的ESP图; (m) 离子液体疏水特点MD模拟

为了改善上述征象，采用疏水性离子液体（IL， [BMIM][Tf 2N]）对MOF-804进行改性。气敏测试成果标明，这一战略赫然升迁了传感器在不同湿度条款下的恰当性。同期，相较MOF-804传感器，MOF-804@IL传感器的忠良度也有所增多（214 Hz ~ 50000 ppm）。通过DFT诡计和MD模拟阐明注解忠良度的增多是源于IL对CO 2罕见吸附位点的变成（图2）。

图3. (a) 环境中的变色龙暗示图 (b) mCP/MOF-804@IL复合材料的合成暗示图 (c) mCP/MOF-804@IL的结构 (d) mCP/MOF-804的几何结构暗示图 (e) 基于mCP/MOF-804@IL的CO2试纸的热诚变化 (f)， (h) mCP/MOF-804@IL-3传感器的CO2气敏性能测试 (g)与报说念过的QCM型CO2传感器的对比

受当然环境变色龙启发，采用间甲酚紫和离子液体共修饰战略设想了复合材料（mCP/MOF-804@IL）。其具有增强的CO 2吸附特点、雅致抗湿性及CO 2气致变色特点。另外，与现在报说念的QCM型CO 2传感器比较，传感用具有更高的忠良度（384 Hz ~ 50000 ppm）和超低的检测下限（400 ppm），并传感器展现出雅致的聘请性和重迭性（图3）。

图4. mCP/MOF-804@[BMIM][Tf2N]材料及传感器在信息加密、呼吸检测等界限的可视化欺诈：(a) 在不同衬底中的热诚变化；(b) 用国画呈现的热诚变化； (c)防伪二维码的欺诈演示；(d) 二氧化碳气体跟踪界限的潜在欺诈演示；(e) QCM 及时呼吸监测系统的信号波形偏激对应呼吸形态

临了，该责任演示了mCP/MOF-804@[BMIM][Tf 2N]在可视化传感方面的欺诈后劲。当浓度高于5000 ppm时，该材料呈现出赫然紫色变为黄色征象，这一征象险些不受衬底的影响。此外，由于东说念主体呼出气体的CO 2浓度（40000-60000 ppm）远高于该材料的气致变色响应浓度，该材料有望闭幕CO 2气体介导的信息加密时间。临了，传感器贴在口罩内名义，可在监测器上不雅察到传感器在四种形态下的波形：闲居呼吸、咳嗽、Cheyne-Stokes呼吸和Biot's 呼吸，展现了其在呼出气体检测方面的后劲（图4）。

着手：高分子科学前沿

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