自1962年提出化學(xué)氣體傳感器以來，隨著氣體傳感技術(shù)的進(jìn)步，各種功能多樣的氣體傳感器應(yīng)運(yùn)而生。由于其體積小巧、易于制造、功耗低、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，氣體傳感器被廣泛應(yīng)用于疾病診斷、智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、食品質(zhì)量控制、工業(yè)安全以及有害氣體或溫室氣體檢測等諸多領(lǐng)域。鑒于氣體傳感器所處的復(fù)雜工作環(huán)境，尤其是在工廠、實(shí)驗(yàn)室或室內(nèi)空間中多種氣體共存，以及濕度、溫度和氣體濃度存在顯著變化，氣體傳感器必須滿足嚴(yán)格的要求，才能在靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性方面有效檢測特定目標(biāo)分析物。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)具有卓越傳感性能的氣體傳感器仍然是一個(gè)重要的目標(biāo)，在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要意義。

在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和納米材料等技術(shù)的推動(dòng)下，化學(xué)傳感器研究在過去十年取得了快速發(fā)展。市場上涌現(xiàn)出越來越多的高響應(yīng)氣體傳感儀器，特別是那些能夠有效響應(yīng)百萬分之一（ppm）或十億分之一（ppb）濃度目標(biāo)氣體的儀器。傳感器的結(jié)構(gòu)和組成、相關(guān)的外圍電子設(shè)備以及信號(hào)處理單元（例如噪聲濾波和放大）等多種因素都會(huì)顯著影響其傳感性能。其中，傳感材料作為氣體傳感器的核心組件，對(duì)傳感器性能，特別是靈敏度和選擇性起著決定性作用。理想的傳感材料不僅對(duì)低濃度目標(biāo)分析物表現(xiàn)出高響應(yīng)，而且能夠從混合物中選擇性地檢測特定氣體或揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。因此，合理設(shè)計(jì)具有針對(duì)不同應(yīng)用場景的物理和化學(xué)特性的新型傳感材料至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的氣體傳感材料通常存在工作溫度高、靈敏度低和氣體選擇性差等問題，這限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。例如，傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體由于其成本低廉、設(shè)計(jì)簡單和穩(wěn)定性強(qiáng)，已成為商用氣體傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；然而，其固有的靈敏度低和工作溫度高限制了其應(yīng)用范圍。相比之下，雖然摻入貴金屬可以增強(qiáng)傳感器的活性，但其稀缺性和高成本限制了其工業(yè)應(yīng)用。新興的二維 (2D) 材料，例如碳化物/氮化物、MXene、過渡金屬二硫化物 (TMD) 和石墨烯，由于其獨(dú)特的表面特性，作為潛在的氣體傳感材料受到了廣泛關(guān)注，但也面臨著合成成本高、穩(wěn)定性差以及對(duì)目標(biāo)氣體分子的選擇性低等問題?？紤]到這些挑戰(zhàn)，對(duì)替代材料的需求不斷增長，迫切需要能夠提供可調(diào)選擇性、高穩(wěn)定性和多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳感材料，以克服現(xiàn)有材料的局限性。隨著研究的不斷深入，越來越多的多孔骨架材料被用于氣體傳感領(lǐng)域，這些材料提供了可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境，從而提高了選擇性。

近年來，具有可調(diào)理化性質(zhì)、永久孔隙率和雜化無機(jī)-有機(jī)材料特性的金屬有機(jī)框架（MOF）作為極具前景的傳感材料引起了廣泛關(guān)注。與常用的傳感材料不同，MOF可以通過不同的有機(jī)連接體和金屬節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)可調(diào)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、孔隙率和功能性，同時(shí)還具有超高的比表面積、催化活性以及良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。這些特性賦予了MOF在氣體傳感方面固有的優(yōu)勢，包括可編程的孔隙環(huán)境和永久孔隙率，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)富集和分子篩分，進(jìn)而通過尺寸和化學(xué)親和力實(shí)現(xiàn)高選擇性，并通過低檢測限提高靈敏度；密集且周期性的結(jié)合位點(diǎn)，包括可接近的金屬中心，促進(jìn)特定的主體-客體相互作用和催化活化；以及吸附驅(qū)動(dòng)的識(shí)別，可以與電學(xué)、光學(xué)和質(zhì)量敏感的讀出方式相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)接近室溫且低功耗的運(yùn)行。在2012年至2024年間，發(fā)表了超過10000篇關(guān)于基于MOF的傳感器的論文（文章和綜述）（圖1），涵蓋了各個(gè)學(xué)科，包括工業(yè)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)。最近的進(jìn)展表明，基于MOF的氣體傳感器不僅在材料設(shè)計(jì)和器件集成方面展現(xiàn)出廣闊的前景，而且為提高氣體傳感器的性能指明了新的方向?；贛OF的傳感器的性能與其形態(tài)結(jié)構(gòu)和傳感方法（例如，化學(xué)電阻式、發(fā)光式、干涉式和等離子體共振式）密切相關(guān)，從而導(dǎo)致固有的局限性和特定應(yīng)用場景下的使用規(guī)則。例如，MOF粉末具有極高的孔隙率、比表面積和單分散的金屬活性位點(diǎn)，但需要額外的封裝才能用于氣體傳感器的制造，例如直接印刷或滴涂到陶瓷管或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件上，這限制了傳感器的可靠性和可重復(fù)性。MOF薄膜在集成到氣體傳感器器件方面具有優(yōu)勢，但在選擇性和檢測限方面面臨挑戰(zhàn)。與MOF并行，其他多孔框架也發(fā)揮著競爭或互補(bǔ)的作用。共價(jià)有機(jī)框架（COF）具有有序的孔隙結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展的π共軛體系，并通過連接體設(shè)計(jì)、金屬化和孔隙微環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)了室溫下的化學(xué)電阻響應(yīng)和可調(diào)選擇性，盡管器件級(jí)加工和長期穩(wěn)定性仍然很大程度上取決于其連接化學(xué)和聚合物界面。氫鍵有機(jī)框架（HOF）因其可溶液加工、自組裝和可回收性而被探索用作多孔吸附層和分子過濾器，并表現(xiàn)出可逆的客體響應(yīng)結(jié)構(gòu)；然而，與堅(jiān)固的金屬有機(jī)框架（MOF）化學(xué)相比，其機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性以及器件標(biāo)準(zhǔn)化仍然面臨挑戰(zhàn)。MOF衍生的多孔碳和金屬或氧化物復(fù)合材料具有高導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性，可用于低功耗化學(xué)電阻檢測，但它們部分犧牲了支撐固有選擇性的晶體結(jié)構(gòu)和位點(diǎn)特異性孔隙化學(xué)，除非通過缺陷或孔隙工程以及選擇性覆蓋層進(jìn)行補(bǔ)償。在此背景下，MOF因其結(jié)合了配位不飽和金屬位點(diǎn)和可編程孔隙化學(xué)以及成熟的加工和集成路線而獨(dú)具優(yōu)勢，能夠?qū)⑦x擇性吸附和催化活化與電學(xué)和質(zhì)量敏感讀數(shù)相結(jié)合，但電子傳輸和濕度耐受性方面的局限性仍然限制了它們的實(shí)際應(yīng)用范圍?；谶@些進(jìn)展，一系列創(chuàng)新的基于MOF的氣體傳感器，包括柔性傳感器和微型傳感器，正在不斷開發(fā)，同時(shí)MOF材料也從三維（3D）結(jié)構(gòu)發(fā)展到平面結(jié)構(gòu)，并從單一功能發(fā)展到多功能性能。因此，總結(jié)這些新型基于MOF的智能氣體傳感器的傳感機(jī)制和發(fā)展前景至關(guān)重要。

本文亮點(diǎn)

1. 本文全面概述了基于MOF的氣體傳感器的最新進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注其制備策略、傳感機(jī)制和應(yīng)用。

2. 本文還討論了迄今為止開發(fā)的各種基于MOF的氣體傳感器的局限性及其相應(yīng)的解決方案。

3. 最后對(duì)基于MOF的氣體傳感器的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用中遇到的挑戰(zhàn)和機(jī)遇提出了我們的看法。

圖文解析

圖1. (a) 2012年至2024年每年發(fā)表的傳感器相關(guān)文章和評(píng)論數(shù)量。數(shù)據(jù)來自Web of Science數(shù)據(jù)庫，關(guān)鍵詞為“Sensors”。(b) 2012年至2024年每年發(fā)表的基于MOF的傳感器相關(guān)文章和評(píng)論數(shù)量，數(shù)據(jù)取自(a)中以“MOFs”為關(guān)鍵詞的搜索結(jié)果。

圖2. (a) 溶劑熱合成示意圖。(b) MOF的溶劑熱合成。(c) 合成夾層結(jié)構(gòu)MIL-101@Pt@MIL-101的合成路線，該結(jié)構(gòu)由夾在MIL-101核和殼之間的Pt納米顆粒(NPs)組成。(d) 微波輔助溶劑熱合成中[Cu3(btc)2]的產(chǎn)率隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線，不同曲線代表不同的溶劑。(e) 微波加熱法制備的Co-MOF-74的SEM圖像。(f) 溶劑熱法制備的Co-MOF-74的SEM圖像（標(biāo)尺均為200 μm）。

圖3. (a) 通過定向MOF晶種預(yù)沉積和二次外延生長制備膜。(b) 電紡納米纖維氈用作骨架制備自支撐MOF膜的示意圖。(c) 使用表面活性劑輔助干燥工藝制備無裂紋MOF膜（IRMOF-3和IRMOF-3-AM6膜）的流程示意圖。IRMOF-3和IRMOF-3-AM6的分子結(jié)構(gòu)如圖右側(cè)所示。(d) 用于快速選擇性鋰離子傳輸?shù)?UiO-67/AAO 膜的制備。 (i) PVP 改性 AAO 基底的 SEM 圖像，以及生長 (ii) 12 小時(shí)、(iii) 24 小時(shí)和 (iv) 48 小時(shí)（二次生長）的 AAO/UiO-67 膜的 SEM 圖像；插圖為相應(yīng)的橫截面圖像（比例尺為 2 μm）。

圖4. (a) 20 × 20 cm 晶體 ZIF-67 薄膜的噴涂路線。(b) 照片展示了通過在 FTO 玻璃基底上噴涂 a-ZIF-67 前驅(qū)體獲得的 ZIF-67 薄膜的顯著堅(jiān)固性。(c) 涂覆過程示意圖。(d) 使用旋涂法在氧化鋁載體上生長的 ZIF-8 膜的頂視圖（左）和橫截面（右）SEM 圖像（比例尺分別為 20 μm（左）和 10 μm（右））。(e) 基于預(yù)涂覆 CHN 的 PVDF 中空纖維制備 HKUST-1 膜。

圖5. (a) MOF 在 SAM 上逐步生長的示意圖，通過重復(fù)浸漬循環(huán)實(shí)現(xiàn)，首先浸入金屬前驅(qū)體溶液中，然后浸入有機(jī)配體溶液中。為簡化起見，該示意圖簡化了羧酸配位模式的假定結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。(b) 在含有 COOH 末端 SAM 的 SPR 池中，依次注入 CuAc (A)、乙醇 (B) 和 BTC (C) 時(shí)，原位記錄的 SPR 信號(hào)隨時(shí)間的變化。 (c) 基于LB和LBL生長方法相結(jié)合，在基底上制備層狀SURMOF的示意圖。

圖6. (a) 和 (b) Cu-BHT超薄膜界面合成的示意圖。(c) Cu-BHT薄膜的照片和SEM圖像（c圖中的標(biāo)尺為400 nm，插圖中的標(biāo)尺為100 nm）。(d) MOF薄膜聚合輔助合成的示意圖。(e) 含有ZIF-8和PSS修飾的ZIF-8的水懸浮液照片。(f) 通過界面聚合制備含有PSS修飾的ZIF-8納米顆粒的薄膜納米復(fù)合材料（TFN）的工藝流程。mZIF功能化膜的3D AFM圖像：(g) TFC和(h) TFN-mZIF3。

圖7. Co3S4/棘球狀鈷基MOF的制備流程示意圖。

圖8. (a) 代表性的調(diào)控合成方法。(b) 多維ZIF結(jié)構(gòu)示意圖（比例尺為 100 nm）。

圖9. (a) 和 (b) 合成的Cu?TCPP納米片的TEM圖像（比例尺均為 200 nm）。(c) 在石英襯底上沉積 15 個(gè)循環(huán)后MOF薄膜的照片。(d) Cu-TCPP MOF薄膜的組裝過程示意圖。

圖10. (a) 使用基于微流控的溶液剪切工藝制備Pt@Cu3(HHTP)2MOF薄膜的示意圖。Cu(OAC)2為乙酸銅(II)。(b) 微流控刀片通道示意圖。(c) 使用溶液剪切法進(jìn)行MOF生長過程示意圖。成核的Pt顆粒嵌入的MOF溶液位于微流控刀片和加熱基底之間。MOF生長發(fā)生在彎月面邊緣。通過微流控刀片在溶液剪切過程中持續(xù)供應(yīng)溶液，可以形成大面積且均勻的Pt@Cu3(HHTP)2薄膜。(d) Pt@Cu3(HHTP)2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)（綠色球體：Pt顆粒）。

圖11. (a) 用于Cu3(C6O6)2合成的詳細(xì)面對(duì)面內(nèi)管系統(tǒng)裝置和氣相反應(yīng)的反應(yīng)方案。 (b) Cu3(C6O6)2薄膜在 SiO2/Si 基底上的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像（頂部）和原子力顯微鏡 (AFM) 圖像（底部），比例尺均為 2 μm。(c) 全氣相 LIPS 膜制備工藝示意圖。首先，通過原子層沉積 (ALD) 沉積 ZnO 堵塞載體孔隙。然后，使用配體蒸汽處理將不透水的 ZnO 沉積物轉(zhuǎn)化為 ZIF。(d) ADF-STEM 成像的橫截面分析、相應(yīng)的鋁（橙色）和鋅（綠色）空間分布，以及 mIm 配體蒸汽處理后沿深度方向同一截面的平均原子百分比（小比例尺（頂部），50 nm；大比例尺（底部），500 nm）。(e) 用于進(jìn)行 OLGSS 工藝的典型 CVD 裝置示意圖。加熱區(qū) 1 和 2 的加熱溫度列于補(bǔ)充信息表 S1 中。插圖：配體與金屬原子在液態(tài)鎵基底上組裝并聚合形成超光滑二維 c-MOF 薄膜。(f) 厚度為 1.75 nm 的 O–Cu-BHT 薄膜的 AFM 圖像（頂部）和三維 AFM 形貌數(shù)據(jù)（底部）。

圖12. (a) Co(mim)2傳感器在 75 °C 至 200 °C 溫度范圍內(nèi)對(duì)不同氣體的靈敏度。(b) [Co(im)2]n傳感器在 50–175 °C 溫度范圍內(nèi)對(duì)各種氣體（100 ppm）的靈敏度。(c) 環(huán)境濕度對(duì) ZIF-67 傳感器靈敏度的影響（附圖：ZIF-67 的 sod 型結(jié)構(gòu)）。(d) 以ZnO納米棒為模板，在混合溶劑中70 °C下反應(yīng)24小時(shí)合成的ZnO@ZIF-8納米棒的示意圖。(e) ZnO@ZIF-8納米棒傳感器在300 °C、100 ppm甲醛濃度和不同濕度條件下的氣體響應(yīng)瞬態(tài)曲線。

圖13. (a) UiO-66(Zr)-(OH)2 和 UiO-66(Zr)-(OPr)2的結(jié)構(gòu)示意圖及其對(duì) CO2的選擇性。(b) ISO-NU-1000 的晶體結(jié)構(gòu)，表明其與具有 csq-net 結(jié)構(gòu)的 NU-1000 是同分異構(gòu)體，其中孔道沿 C 軸延伸，且 C 軸方向的孔道在 ab 平面被阻斷。(c) UiO-66 MOF 中通過有機(jī)連接體調(diào)控實(shí)現(xiàn)酸性氣體化學(xué)電阻傳感的示意圖。(d) NH2-UiO-66(Zr) 在 150 °C 下對(duì) 10 ppm SO2、NO2和 CO2的氣體傳感性能（響應(yīng)百分比、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間）比較。(e) Ni3(HIB)2和 Cu3(HIB)2的合成。(f) Cu3(HIB)2的有機(jī)-無機(jī)節(jié)點(diǎn)在環(huán)境 CO2暴露下的分子相互作用：堿催化水解形成酸堿加合物和碳酸氫鹽。

圖14. (a) M3(HHTP)2和 M3(HITP)2(M = Cu 或 Ni) 的晶體結(jié)構(gòu)。(b) 基于 MOF 的傳感器陣列對(duì) VOC 的響應(yīng)的主成分分析。(c) 化學(xué)電阻式氣體傳感器的示意圖。(d) Cu-BHT 的晶體結(jié)構(gòu)。 (e) 不同反應(yīng)時(shí)間制備的 Cu-BHT 薄膜對(duì) 20 ppm NH3的響應(yīng)性（柱狀圖）以及薄膜表面 Cu2+的百分比（紅色虛線）。(f) Cu-salphen-MOF 的合成示意圖。

圖15. (a) 分別使用酞菁 (Pc) 和萘酞菁 (NPc) 配體構(gòu)建的同構(gòu) MOF 的示意圖。(b) Ni-Pc-MOF 和 (c) Ni-NPc-MOF 基傳感器在室溫下對(duì)不同濃度 NO 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。(d) 使用 IDA 金電極上的 NiPc-CoTAA 薄膜進(jìn)行 NO2的化學(xué)檢測。(e) 500 nm NiPc-CoTAA 薄膜在 298 K 下對(duì) 1 至 40 ppm NO2的時(shí)間依賴性恢復(fù)電流圖。插圖顯示了 298 K 下 R% 和 NO2的濃度。(f) 500 nm NiPc-CoTAA 薄膜對(duì)不同氣體（NO2、NO、NH3、H2S 和 H2）在 1 ppm 濃度下的響應(yīng)和靈敏度（紅色柱狀圖，R%；藍(lán)色柱狀圖，S%）。(g) Ni2[CuPc(NH)8]-OTMS 對(duì) 200 ppm 質(zhì)子和非質(zhì)子分析物的 ?ΔG/G0 值（柱狀圖）和介電常數(shù)（紅色圓點(diǎn)）。(h) CoPc-O8-Cu（藍(lán)色）和 NiPc-O8-Cu（綠色）在 N2、空氣和含有 5000 ppm H2O（18% RH）的潮濕 N2中對(duì) 80 ppm CO 的響應(yīng)。 (i) CO在MPc-O8-Cu MOF不同位點(diǎn)結(jié)合的自由能。

圖16. (a) cNi-HAB的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(b) 缺少連接體的aNi-HAB的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(c) 不同相對(duì)濕度下aNi-HAB和cNi-HAB的校準(zhǔn)曲線。(d) 基于c-HBC的c-MOF的合成示意圖及其基本結(jié)構(gòu)的幾何形狀。

圖17. (a) MIL-101(Cr) ? PEDOT的制備示意圖。(b) CuPc@IRMOF-3對(duì)5 ppm NH3的電流響應(yīng)和恢復(fù)特性。(c) 未包覆ZIF-8薄膜的Pd納米線傳感模型和Pd納米線@ZIF-8傳感模型。(d) Pd納米線、Pd納米線@ZIF-8_2 h、Pd納米線@ZIF-8_4 h和Pd納米線@ZIF-8_6 h在空氣中對(duì)[H2]1/2的響應(yīng)和(e) 恢復(fù)特性。

圖18. (a) MOF-GO（左）和 MOF-GOU（右）雜化材料在不同氨濃度下初始穩(wěn)定后的典型響應(yīng)曲線。(b) HKUST-1 的晶體結(jié)構(gòu)以及雜化材料在 NH3作用下的結(jié)構(gòu)變化。(c) 基于 MIL-53(Al)/碳薄膜的化學(xué)電阻傳感器的原理。(d) WS2_Co–N-HCNCs 的合成過程示意圖。

圖19. (a) ZnO@ZIF-CoZn 納米線陣列傳感器的示意圖。(b) 丙酮在干燥空氣中不同相對(duì)濕度和 260 °C 下的響應(yīng)恢復(fù)曲線。(c) ZnO 和 ZnO@ZIF-8 復(fù)合納米線在 10、30 和 50 ppm H2濃度下的響應(yīng)。(d) Pd@ZnO-WO3納米纖維的甲苯傳感機(jī)制示意圖。(e) 分層 MOF-on-cMOF 薄膜的溶液剪切制備示意圖以及不同 MOF 層在氣體傳感器中的功能作用。(f) Cu-TCPP/Cu3(HHTP)2薄膜作為高選擇性苯敏感材料及其對(duì)兩種不同氣體的傳感示意圖。

圖20. (a) 具有滑動(dòng)平行填充結(jié)構(gòu)的二維薄板狀 Cu3(HITP)2的 PXRD 實(shí)驗(yàn)和模擬圖。插圖為模擬結(jié)構(gòu)（沿 C 軸方向），并附有 Cu3(HITP)2的圖像（灰色：碳，白色：氫，藍(lán)色：氮，紅色：銅）。(b) Cu3(HITP)2器件對(duì)不同濃度（0.5、2、5 和 10 ppm）氨氣（氮?dú)庀♂專┑南鄬?duì)響應(yīng)。(c) 基于 MOF 的 FET 的制備。(d) 用于在銅箔上制備 Cu3(HHTP)2薄膜的電化學(xué)反應(yīng)池、Cu2+和 HHTP 離子的配位反應(yīng)圖以及 Cu3(HHTP)2薄膜的銅箔光學(xué)圖像。(e) Cu3(HHTP)2薄膜氣體傳感器的制備示意圖。(f) MOF 薄膜傳感器對(duì)不同濃度 NH3的電流變化測量結(jié)果。插圖顯示了定向和無序 MOF 薄膜的模擬 SAED 圖案。(g) 基于 Cu3(HHTP)2的 FET 器件的測量系統(tǒng)示意圖。(h) 通過將 LB 法生長的超薄膜順序轉(zhuǎn)移到預(yù)先圖案化的 Au 電極上制備的 FET 器件示意圖。

圖21. (a) MoS2-MOF FET 器件示意圖。(b) MoS2-MOF FET 器件在柵極電壓分別為 ?10、?5、+5 和 +10 時(shí)暴露于 100 ppm NH3的實(shí)時(shí)響應(yīng)。(c) 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。(d) 不同分析物的 ΔIDSat 直方圖。(e) PDVT-10 OFT 器件的傳輸和輸出特性以及 (f) MOF-A/PDVT-10 OFT 器件的傳輸和輸出特性。

圖22. (a) 開爾文探針結(jié)構(gòu)示意圖。MOF 薄膜沉積在固定電極上，該電極與振蕩參考電極電連接。在傳感實(shí)驗(yàn)中，分析物在兩個(gè)電極之間流動(dòng)。(b) 懸浮柵化學(xué)敏感場效應(yīng)晶體管 (ChemFET) 示意圖。(c) UiO-66-NH2涂層 KP 傳感器在 40 至 150 ppb 濃度范圍內(nèi)對(duì) DMMP 表現(xiàn)出實(shí)時(shí) CPD 響應(yīng)。(d) Cu-BTC 涂層 KP 傳感器對(duì)不同分析物的實(shí)時(shí)響應(yīng)與 Cu-BTC 涂層 QCM 傳感器的比較。

圖23. (a) 基于MOF的電容式傳感裝置的簡化示意圖。(b) 基于分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的幾何優(yōu)化后的NUS-8類似物與丙酮（主客體）構(gòu)型。丙酮分子與MOF主體以不同顏色標(biāo)記。顏色代碼：C，灰色；N，藍(lán)色；O，紅色；H，白色；Zr，青色。(c) 基于LB法的MIL-96(Al) IDEs對(duì)不同蒸汽的選擇性研究。(d) 乙二胺功能化前后MOF與分析物相互作用的示意圖。(e) 帶有Cu-BTC薄膜的制備的電容式納米傳感器的示意圖。(f) 乙醇（上）和甲醇（下）在250–2000 ppm濃度范圍內(nèi)的相對(duì)電容變化。

圖24. (a) 含有溶劑（冷凝蒸汽）的MOF晶體的可見光譜和照片。(b) NUS-1a在不同揮發(fā)性有機(jī)化合物中的熒光發(fā)射光譜。(c) MOF涂層毛細(xì)管檢測氯氣過程的動(dòng)畫演示。

圖25. (a) 由DNT引起的熒光猝滅的時(shí)間演變。(b) 由DMNB引起的熒光猝滅的時(shí)間演變。插圖：暴露于分析物蒸汽10秒前后（左）以及經(jīng)過三個(gè)連續(xù)的猝滅和再生循環(huán)后（右）獲得的熒光光譜。(c) 用于室溫下檢測硝基炸藥的可見光活化CSP（TiO2、NH2-MIL-125）化學(xué)電阻材料的設(shè)計(jì)。(d) NH2-MIL-125暴露于RDX蒸汽后的吸收光譜。(e) 不同硝基炸藥檢測方法（0.5 ppm）下MOF薄膜在乙醇中的熒光猝滅百分比（激發(fā)波長和監(jiān)測波長分別為327 nm和362 nm）。(f) 部分硝基炸藥的理論HOMO和LUMO能級(jí)。(g) HKUST-1單晶吸收純硝基苯時(shí)折射率隨時(shí)間變化的曲線。

圖26. (a) 在硅襯底上生長的不同厚度ZIF-8薄膜系列的照片。(b) 在玻璃襯底上生長的10周期ZIF-8薄膜暴露于不同濃度丙烷后的紫外-可見透射光譜（藍(lán)色曲線為0%，紅色曲線為100%）。(c) 在玻璃襯底上生長的ZIF-8薄膜暴露于乙醇和水蒸氣后的紫外-可見透射光譜。(d) UiO-66晶體暴露于對(duì)照（氮?dú)猓┖图状肌⒁掖?、丙酮、正己烷和環(huán)己烷飽和蒸汽時(shí)，折射率(RI)的變化和437.5 nm處的紅移。(e) 基于ZIF-8雙FP納米腔的光纖差分CO2傳感器的示意圖。(f) 集成MOF薄膜的氣體傳感系統(tǒng)和光纖傳感器的示意圖。插圖：OF ∪ MOF傳感器的示意圖和OF ∪ MOF傳感器原型機(jī)的光學(xué)顯微鏡圖像。

圖27. (a) MOF-FO-SPR探針的示意圖。(b) 裸銀納米粒子傳感器（綠色）和MOF涂層傳感器（藍(lán)色）對(duì)CO2響應(yīng)的比較。(c) 和 (d) Ag/ZIF-8 SERS基底的示意圖以及4-ATP分子在有/無ZIF-8的ITO基底上的拉曼光譜，包括單層ZIF-8納米球（紅色）、單層Ag納米球（黑色）以及4-ATP探針分子吸附在Ag/ZIF-8結(jié)構(gòu)上的拉曼光譜（綠色）。(e) 甲苯溶液、MIL-100(Fe)以及甲苯蒸汽在MIL-100(Fe)上的SERS光譜。(f) 用于空氣中神經(jīng)毒素氣相檢測的Au@Ag@ZIF-8 SERS基底的制備原理概述以及ZIF-8孔隙在此檢測中的作用。

圖28. (a) 涂覆在電子鼻石英晶體微天平 (QCM) 傳感器上的手性（頂部）和非手性（底部）MOF 結(jié)構(gòu)。(b) 和 (c) 手性純分子吸附的 QCM 響應(yīng)隨時(shí)間的變化。不同 SURMOF 涂層傳感器的頻率偏移以不同顏色顯示，顏色代碼見圖例。(d) 對(duì)四種相同濃度的丁醇異構(gòu)體的不同靈敏度。

圖29. (a) 基于 NO2-UiO-66@PAN NM 的電容式氣體傳感器的制備過程示意圖。(b) NO2-UiO-66 NM 在正常狀態(tài)和 180° 彎曲狀態(tài)下的電容變化。(c) Al-MIL-53-NO2 MMM 的形成過程。(d) PVDF 膜、Al-MIL-53-NO2MMM (30 wt%)、Al-MIL-53-NO2MMM (50 wt%) 和 Al-MIL-53-NO2MMM (70 wt%) 在 NaHS (1 × 10?3M) 處理后的發(fā)射光譜 (λex = 396 nm)。(e) MMM(ZIF-7/PEBA) 涂層 TiO2傳感器的制備步驟示意圖。 (f) (f1) 裸露TiO2、(f2) 純PEBA/TiO2和 (f3) 5 MMM/TiO2傳感器在23 °C、紫外光照射（波長：365 nm）下對(duì)5 ppm苯 (B)、二氧化碳 (C)、乙醇 (E)、甲醛 (F)、甲苯 (T) 和對(duì)二甲苯 (X) 的氣體響應(yīng)。

圖30. (a) 縫制在敷料上的傳感器陣列和傳感器織物。(b) 不同扭轉(zhuǎn)角度下的傳感器響應(yīng)。(c) 在 4 ppm NO2環(huán)境下，傳感器響應(yīng)隨洗滌次數(shù)的變化。(d) TCNF/CNT 纖維與傳統(tǒng)織物編織而成的照片、示意圖和掃描電子顯微鏡圖像（比例尺分別為 1 cm（左）和 800 μm（右））。(e) 受突觸結(jié)構(gòu)啟發(fā)的 ZIF-L@Ti3CNTx復(fù)合材料設(shè)計(jì) (a)，以及應(yīng)用仿生 ZIF-L@Ti3CNTx復(fù)合材料構(gòu)建柔性雙模氣體和應(yīng)變傳感器 (b)，以及集成柔性電路的智能可穿戴系統(tǒng)，用于帕金森病的即時(shí)健康監(jiān)測 (c)。

審核編輯 黃宇