本技术介绍了一种氨基功能化金属有机框架(MOF)材料,用于CO2的室温传感,并详细阐述了其制备方法和性能表征。该材料能在室温下高效检测CO2,具有灵敏度高和响应速度快的特点。
背景技术
随着工业发展和能源消耗的增加,环境中CO2
浓度不断升高,这不仅加剧了温室效应,也对空气质量、人体健康与生产安全等方面产生了严重影响。因此,开发一种能在室温下灵敏、准确地监测CO2
浓度的传感材料具有极其重要的实际意义。
传统的CO2
检测方法包括荧光法、气相色谱法、红外光谱法、光声光谱法和Severinghaus型电极等,虽然这些方法具有高的选择性和气敏性,但通常成本较高、体积大、功耗高且易受电磁干扰。因此,近年来对轻质、紧凑、低功耗和低成本CO2
传感材料的需求不断增加。常见的气体传感材料有金属氧化物半导体类、聚合物类、MOF等。这些材料在检测H2
、NH3
、NOx
、CO2
、有机挥发物(VOCs)等领域有着广泛的应用。同时,CO2
可通过吸附收集进行转化利用,而在这些过程中可以对CO2
浓度的精准检测达到精确计算转换产物产量的目的。尤其在室温下进行CO2
气体传感,实现在达到低排放低能耗的同时对CO2
进行精确传感,已经成为当前CO2
气体传感材料的研究热点。
MOFs是一种新型的多孔材料,由过渡金属离子或金属簇通过桥接有机配体以生成有序的微/介孔道以及二级结构,具有各种物理和化学性质。与传统的多孔材料相比,MOFs具有更多的孔体积、更高的比表面积和开放的金属位点(OMS),在CO2
的吸附和分离方面显示出独特的优势。MOFs材料结构易于调节,所以其种类繁多。常见的有以下几类,MILs系列、HKUST-1系列、ZIFs系列、UIO系列与IRMOF系列。下面列出了比较典型的MILs系列材料结构。通过对MIL-68(In)材料进行一系列功能化改性,包括–NH2
,–Br和–NO2
,以改善原始材料的孔隙率特征。其中,氨基基团是一种具有碱性的基团,它能够有效地吸附酸性气体CO2
。并且由于氨基基团上的氮原子具有孤对电子,所以能与CO2
气体分子之间存在较强的亲和力。因此,通过对金属有机框架材料进行氨基修饰,可以显著提高材料对CO2
的吸附性能。
基于以上考虑,本发明通过研究氨基功能化的MOFs气体传感材料来进行对CO2
气体完成在室温条件下的检测,可以应用于空气质量监测、火灾检测、温室气体监测、健康、海洋和环境研究以及食品供应链等不同领域。
三、
实现思路