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近日，華南師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院蘭亞乾教授團(tuán)隊在化學(xué)電阻型氣體傳感應(yīng)用研究中取得重要進(jìn)展，實現(xiàn)室溫下對NO2的高靈敏度和特異性傳感。研究成果“Porphyrin-Based COF 2D Materials: Variable Modification of Sensing Performances by Post-Metallization”發(fā)表在化學(xué)頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202115308)上。蘭亞乾教授為共同通訊作者，華南師范大學(xué)為第一完成單位。

二維（2D）納米材料，如石墨烯，金屬氧化物，磷烯，MXenes和其它2D化合物，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于能量存儲，電催化，生物化學(xué)以及電子設(shè)備等領(lǐng)域。近年來，二維納米材料作為一種新型的化學(xué)電阻型氣體傳感材料引起科學(xué)家的重視。共價有機(jī)骨架 (COFs) 是一種通過共價鍵連接的結(jié)晶材料，具有高的穩(wěn)定性、可設(shè)計的有機(jī)成分、規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)以及后改性的活性位點等優(yōu)點。這些特征在傳統(tǒng)的氣體傳感材料中很少觀察到，非常適合應(yīng)用于氣體傳感。然而，大多數(shù)COF為不規(guī)則的微晶，極大的限制了材料在氣體傳感應(yīng)用的開發(fā)。鑒于2D材料在氣體傳感中的優(yōu)勢，將COF材料制成2D納米結(jié)構(gòu)是一種可行的策略，可以充分利用其有利的特性并改善傳感性能。

蘭亞乾教授、陳宜法副教授聯(lián)合中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所徐剛研究員報道了一種基于非線性配體的COF 2D納米片材料，這種由非線性橋聯(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。預(yù)先設(shè)計的卟啉環(huán)可作為其表面可修飾的位置進(jìn)行后金屬化，有效的實現(xiàn)傳感性能的改善。金屬化的Co-TPCOF對NO2表現(xiàn)出高度的特異性，是已報道的2D材料和COF材料中靈敏度最高的材料之一，具有6.8 ppb的超低檢測限以及快速的響應(yīng)速度。此外，通過密度泛函(DFT)計算以及原位紅外表征對傳感機(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。

該工作克服了用于化學(xué)電阻氣體傳感的傳統(tǒng)2D材料的表面化學(xué)惰性，合成了一系列基于COF的后修飾的2D納米材料，有效的改善了材料的傳感性能，實現(xiàn)室溫下對NO2的高靈敏度和特異性傳感。這項工作將為設(shè)計更多具有豐富表面化學(xué)性質(zhì)的2D傳感材料提供新的途徑。

論文鏈接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202115308