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離子液體在超快速響應(yīng)低濕度傳感器中的應(yīng)用

2024-08-30 12:32:49 sh默尼 7

精確監(jiān)測水分子甚至在極端干燥環(huán)境中定位水源,對鋰離子電池和半導(dǎo)體設(shè)備的制造、管道漏水地點(diǎn)的監(jiān)測以及尋求水源都至關(guān)重要。這些潛在應(yīng)用需要高靈敏度、高分辨率、優(yōu)異耐用性的低濕度傳感器。目前已報(bào)道了許多低濕度傳感器,但大多數(shù)報(bào)道的低濕度傳感器靈敏度低、分辨率差,不適合精確監(jiān)測水分子。因此,開發(fā)性能優(yōu)異的低濕度傳感器至關(guān)重要。


金屬有機(jī)框架(MOFs)由金屬團(tuán)簇(二級建筑單元,SBUs)和有機(jī)配體自組裝制備而成,具有高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)可調(diào)性和高孔隙率。有目的地選擇配體、基團(tuán)和SBUs可制備具有特定功能的MOFs?;谇叭说膶?shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)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(dǎo)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(zhàn)。離子液體具有可調(diào)的親水性、高離子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性等,在低濕度傳感領(lǐng)域具有應(yīng)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(fā)生泄漏。因此,通過合理設(shè)計(jì)高穩(wěn)定的離子液體基材料以減少離子液體的泄漏是至關(guān)重要的。

基于此,來自吉林大學(xué)費(fèi)騰張彤團(tuán)隊(duì)受自然界中海膽通過刺來感知周圍環(huán)境為靈感,利用點(diǎn)擊反應(yīng)和位阻效應(yīng)合成了一種離子液體修飾的MOF,用于低濕度變化的監(jiān)測,還對組成的傳感器在可視化濕度監(jiān)測以及水源定位方面的應(yīng)用進(jìn)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(yīng)和羧基-氨基縮合反應(yīng)合成了MOF-x-SH,再通過點(diǎn)擊反應(yīng)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(huán)境的接觸面積。對制備的MOF-x-IL、MOF-x-SH進(jìn)行了XRDFT-IR表征,證明了MOF-x-IL的成功制備,還對MOF-x-IL進(jìn)行了TG測試,證明了MOF-x-IL的熱穩(wěn)定性。并通過SEMSEM-EDS、TEM對其形貌進(jìn)行了研究,證明了離子液體MOF骨架上的均勻分布,形成了類似于海膽的核-殼結(jié)構(gòu)。

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