【產(chǎn)通社，11月7日訊】復旦大學（Fudan University）官網(wǎng)消息，氫能作為風能、太陽能等可再生能源的儲能形式，在使用過程中不會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，對于緩解全球變暖等氣候問題具有重要意義。然而，氫氣具有無色、無味的特點，爆炸極限范圍寬（在空氣中約4?75 vol%） ，且容易與金屬發(fā)生氫脆反應。因此，為了保障氫能在大規(guī)模使用過程中的安全，急需一種可靠、經(jīng)濟、可以隨時隨地部署的氫氣檢測設備。目前市場上的氫氣傳感器多基于金屬氧化物材料，存在體積大、柔性差、對環(huán)境敏感等局限性，難以靈活部署在管道和閥門等關鍵區(qū)域。

金屬有機框架材料（MOF）具有豐富的活性位點與有序的孔道結(jié)構(gòu)，被廣泛應用于氣體吸附、化學識別等領域。而石墨烯外延MOF（Epi-MOF）不僅保留了MOF的功能，還具有優(yōu)異的柔性與高導電性，是用于構(gòu)建兼具可靠檢測與靈活部署能力的氫氣傳感器的最佳選擇。近日，孫正宗和李巧偉課題組在該領域的研究取得新進展，相關成果以“Epitaxial Metal–Organic Framework-Mediated Electron Relay for H2 Detection on Demand”為題發(fā)表于美國化學會雜志ACS Nano。

TOC: MOF作為電子中繼層促進電子轉(zhuǎn)移與基于外延MOF的氫檢測器件。在研究中，團隊在毫米晶疇石墨烯表面外延生長了25 nm厚的Ni-CAT-1，并進一步通過磁控濺射技術修飾了Pd納米顆粒，最終獲得了具有石墨烯、MOF、Pd三層結(jié)構(gòu)的氫敏材料（Epi-MOF-Pd）。Epi-MOF-Pd不僅能夠高靈敏（155%電阻變化）、快響應（12秒）地檢測氫氣，還具備優(yōu)異的專一性、穩(wěn)定性與柔性。

團隊發(fā)現(xiàn)，處于Pd與石墨烯之間的MOF層在傳遞電子方面起到了中繼作用，為電子提供了高效的轉(zhuǎn)移通道，保證了Epi-MOF-Pd對氫氣的高靈敏度和快速響應。在實際應用方面，Epi-MOF-Pd的紙基器件可以像“便利貼”一樣部署在各種氫氣閥門和管道的表面，通過無線與云監(jiān)測平臺實時通訊連接；亦可通過光刻加工高密度的器件陣列（3000個/cm2），具備按需部署和大規(guī)模生產(chǎn)的應用潛力。

作為新一代的氫氣傳感材料，Epi-MOF-Pd能夠滿足氫氣泄漏監(jiān)控平臺的各方面需求，并有望成為覆蓋氫能產(chǎn)業(yè)鏈中生產(chǎn)、存儲、運輸、使用等各種應用場景下安全監(jiān)控的“哨兵”。

碩士生袁賽霖為第一作者，微電子學院孫正宗教授和化學系李巧偉教授為該工作的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)項目、復旦大學義烏研究院項目和復旦大學-龍星合作項目的支持。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.seu.edu.cn/2024/1024/c55840a507813/page.htm，以及http://doi.org/10.1021/acsnano.4c05206。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）