2025年5月，國際權威學術期刊《Chemical Engineering Journal》在線刊發(fā)了武漢理工大學劉曰利教授團隊在氣體傳感器領域取得的突破性研究成果。該研究創(chuàng)新性地開發(fā)出一種基于Zn@TpBpy共價有機框架（COFs）薄膜的高性能NH?氣敏材料，所研制的傳感器對50 ppm濃度氨氣的響應值高達1043%，最低檢測限低至500 ppb，并展現(xiàn)出優(yōu)異的線性響應特性。論文第一作者為梅傲寒，共同通訊作者為劉曰利教授與陳文教授。

本研究借助光化學法，在界面處實現(xiàn)了 TpBpy 共價有機框架（COFs）薄膜上兩種氮原子位點與過渡金屬離子的精準配位。值得一提的是，這種制備方式得到的金屬化薄膜具備出色的可操作性，能夠以簡便快捷的方式從液體環(huán)境中轉移至傳感器的基底材料表面，為后續(xù)傳感器的構建提供了便利。

XPS分析數(shù)據(jù)清晰顯示，Zn²?離子實現(xiàn)了精準配位：其不僅成功嵌入聯(lián)吡啶位點中相鄰的N原子之間，還與酮烯胺位點上的N原子和O原子形成了穩(wěn)定配位鍵。尤為關鍵的是，該配位結構展現(xiàn)出優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，即便在高濃度NH?氣體環(huán)境中長時間暴露，其核心化學結構仍能保持完整，未發(fā)生顯著降解或重構。

以 Zn@TpBpy 共價有機框架（COFs）薄膜為核心敏感材料打造的氣體傳感器，在 NH?氣體檢測中展現(xiàn)出卓越的響應性能。經(jīng)測試驗證，該傳感器在 8 次循環(huán)測試中性能高度穩(wěn)定；響應值與氣體濃度間呈現(xiàn)出良好的線性關系；響應恢復時間大幅縮短；對 NH?氣體具備優(yōu)異的選擇性識別能力；同時，在不同濕度環(huán)境下仍能保持性能穩(wěn)定，抗?jié)裥燥@著增強。

在電化學測試中，負載 Zn²?的共價有機框架（COFs）薄膜展現(xiàn)出兩大顯著優(yōu)勢：其電阻大幅降低，同時電子密度顯著增加。尤為關鍵的是，該薄膜與金電極的功函數(shù)高度匹配，使得傳感器界面呈現(xiàn)出典型的歐姆接觸特性，有效降低了電荷傳輸勢壘。基于上述特性，基于 Zn²?@COFs 薄膜的氣體傳感器在綜合性能上實現(xiàn)了突破性提升，其靈敏度、響應速度等核心指標均顯著優(yōu)于其他過渡金屬配位的同類傳感器。