离子液体在超快速响应低湿度传感器中的应用

2024-08-30 12:32:49 sh默尼 5

精确监测水分子甚至在极端干燥环境中定位水源,对锂离子电池和半导体设备的制造、管道漏水地点的监测以及寻求水源都至关重要。这些潜在应用需要高灵敏度、高分辨率、优异耐用性的低湿度传感器。目前已报道了许多低湿度传感器,但大多数报道的低湿度传感器灵敏度低、分辨率差,不适合精确监测水分子。因此,开发性能优异的低湿度传感器至关重要。


金属有机框架(MOFs)由金属团簇(二级建筑单元,SBUs)和有机配体自组装制备而成,具有高稳定性、结构可调性和高孔隙率。有目的地选择配体、基团和SBUs可制备具有特定功能的MOFs。基于前人的实验研究和理论计算可知,MOFs是一种很有前途的湿度传感功能材料。然而,MOFs的电导率低、亲水性有限。因此,制备高性能的MOF低湿度传感器仍然具有很大挑战。离子液体具有可调的亲水性、高离子电导率和稳定性等,在低湿度传感领域具有应用潜力。目前,基于离子液体的传感器主要是将离子液体物理加载到材料上,容易发生泄漏。因此,通过合理设计高稳定的离子液体基材料以减少离子液体的泄漏是至关重要的。

基于此,来自吉林大学费腾张彤团队受自然界中海胆通过刺来感知周围环境为灵感,利用点击反应和位阻效应合成了一种离子液体修饰的MOF,用于低湿度变化的监测,还对组成的传感器在可视化湿度监测以及水源定位方面的应用进行了探索。

首先,研究者合成了MOF-x-IL并制造了低湿度传感器。通过溶剂热反应和羧基-氨基缩合反应合成了MOF-x-SH,再通过点击反应将离子液体均匀引入到MOF骨架中,可以批量制备低湿度传感器。离子液体被限制在MOF骨架外,像海胆的刺一样,能增加与环境的接触面积。对制备的MOF-x-ILMOF-x-SH进行了XRDFT-IR表征,证明了MOF-x-IL的成功制备,还对MOF-x-IL进行了TG测试,证明了MOF-x-IL的热稳定性。并通过SEMSEM-EDSTEM对其形貌进行了研究,证明了离子液体MOF骨架上的均匀分布,形成了类似于海胆的核-壳结构。

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