2025年5月，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Chemical Engineering Journal》在線刊發(fā)了武漢理工大學(xué)劉曰利教授團隊在氣體傳感器領(lǐng)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(yīng)值高達(dá)1043%，最低檢測限低至500 ppb，并展現(xiàn)出優(yōu)異的線性響應(yīng)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(xué)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(zhǔn)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(zhuǎn)移至傳感器的基底材料表面，為后續(xù)傳感器的構(gòu)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(zhǔn)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(guān)鍵的是，該配位結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)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(xué)結(jié)構(gòu)仍能保持完整，未發(fā)生顯著降解或重構(gòu)。

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(yīng)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(yīng)值與氣體濃度間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系；響應(yīng)恢復(fù)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(xué)測試中，負(fù)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(guān)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(yīng)速度等核心指標(biāo)均顯著優(yōu)于其他過渡金屬配位的同類傳感器。