基于稀土发光MOF的质子电导率及湿度传感

shuangjiang

       金属有机框架（MOF）作为一类新型的多功能材料，在催化、吸附、检测等领域表现出独特的优势，其中具有质子传导功能的MOF材料因孔道结构具有可调性，成为一类潜在的电导率可调控的质子导体。然而，MOF类材料在水环境中通常不稳定，对于在高湿度环境下MOF类质子导体的实际应用仍然存在巨大挑战。另一方面，MOF类质子导体的质子电导率测量通常只能依靠昂贵的电信号测试平台进行，测量过程也比较耗时。因此，开发高性能、对水稳定的MOF质子导体并实现质子电导率的快速/即时传感将有助于加速MOF材料在质子传导方面的开发与应用。
       得益于在稀土掺杂纳米发光材料领域长期的工作积累，南京工业大学的黄岭团队设计并合成了一系列基于稀土和草酸的具有高效质子电导率的MOF材料。室温下湿度区间为28%至98%时，该材料的质子电导率由~10-7 S•cm-1上升至~10-3 S•cm-1。同时，由于稀土阳离子与草酸根阴离子的强相互配位作用，该系列MOF具有高水稳定性，在水中浸泡15天后仍可保持原有的结构与形貌。另外，引入发光稀土离子可使该MOF材料具有荧光功能。由于水分子对可见光吸收，肉眼即可直接观察到MOF材料的荧光强度随着湿度的增加逐渐减弱。更为重要的是，荧光强度、质子电导率和湿度三者在该MOF材料实现相互关联，为质子电导率和湿度的可视化快速传感提供了新的选择，也为多通道传感材料的研究与制备提供了新的思路。这一成果近期发表在Advanced Materials 上。