離子液體在超快速響應低濕度傳感器中的應用

2024-08-30 12:32:49 sh默尼 35

精確監測水分子甚至在極端干燥環境中定位水源，對鋰離子電池和半導體設備的制造、管道漏水地點的監測以及尋求水源都至關重要。這些潛在應用需要高靈敏度、高分辨率、優異耐用性的低濕度傳感器。目前已報道了許多低濕度傳感器，但大多數報道的低濕度傳感器靈敏度低、分辨率差，不適合精確監測水分子。因此，開發性能優異的低濕度傳感器至關重要。

金屬有機框架(MOFs)由金屬團簇（二級建筑單元，SBUs）和有機配體自組裝制備而成，具有高穩定性、結構可調性和高孔隙率。有目的地選擇配體、基團和SBUs可制備具有特定功能的MOFs。基于前人的實驗研究和理論計算可知，MOFs是一種很有前途的濕度傳感功能材料。然而，MOFs的電導率低、親水性有限。因此，制備高性能的MOF低濕度傳感器仍然具有很大挑戰。離子液體具有可調的親水性、高離子電導率和穩定性等，在低濕度傳感領域具有應用潛力。目前，基于離子液體的傳感器主要是將離子液體物理加載到材料上，容易發生泄漏。因此，通過合理設計高穩定的離子液體基材料以減少離子液體的泄漏是至關重要的。

基于此，來自吉林大學的費騰和張彤團隊受自然界中海膽通過刺來感知周圍環境為靈感，利用點擊反應和位阻效應合成了一種離子液體修飾的MOF，用于低濕度變化的監測，還對組成的傳感器在可視化濕度監測以及水源定位方面的應用進行了探索。

首先，研究者合成了MOF-x-IL并制造了低濕度傳感器。通過溶劑熱反應和羧基-氨基縮合反應合成了MOF-x-SH，再通過點擊反應將離子液體均勻引入到MOF骨架中，可以批量制備低濕度傳感器。離子液體被限制在MOF骨架外，像海膽的刺一樣，能增加與環境的接觸面積。對制備的MOF-x-IL、MOF-x-SH進行了XRD和FT-IR表征，證明了MOF-x-IL的成功制備，還對MOF-x-IL進行了TG測試，證明了MOF-x-IL的熱穩定性。并通過SEM、SEM-EDS、TEM對其形貌進行了研究，證明了離子液體在MOF骨架上的均勻分布，形成了類似于海膽的核-殼結構。