Ammonia as a harmful gas is a great threat to human and environment, and thus it is particularly important to prepare NH3 sensor with high sensitivity, low detection limit, fast response / recovery, excellent selectivity and room temperature operation. Aiming at the low sensitivity and low selectivity of ammonia sensor, this project combined with the efficient selective adsorption of ammonia on metal-organic framework compounds and the good response of copper phthalocyanine to ammonia, a new type of copper phthalocyanine@metal-organic framework (CuPc@MOFs) compound core-shell ammonia sensor was designed and prepared for the efficient detection of ammonia. The main studies will include in the following: (1) design, preparation and characterization of the core-shell structure of copper phthalocyanine nanowires and copper phthalocyanine@metal organic framework compounds and the optimization of the preparation process; (2) studying ammonia detection performance of copper phthalocyanine@metal organic framework compound core-shell structure sensor, in combination with quantitative calculations, the favorable reaction of copper phthalocyanine nanowires to NH3, the high gas adsorption and selectivity of metal-organic framework compounds and their synergistic mechanism are explored.
氨气(NH3)是一种对环境和人类健康具有很大危害的气体。因此利用纳米构筑途径来得到可在室温下检测,同时具有高灵敏度、低检测限、快速响应/恢复以及优良选择性的NH3传感器是一项有价值和挑战性的工作。针对当前氨气传感器普遍存在的低灵敏度,低选择性等问题,本课题结合金属有机骨架化合物(MOFs)对氨气的高效选择吸附性与酞菁铜(CuPc)对氨气的良好响应性,拟设计并制备一类新型的酞菁铜@金属有机骨架化合物核壳结构(CuPc@MOFs)氨气传感器,主要研究内容如下:(1)酞菁铜纳米线以及酞菁铜@金属有机骨架化合物核壳结构的设计、制备与表征以及制备条件的优化;(2)酞菁铜@金属有机骨架化合物核壳结构型传感器的氨气气敏性能的研究。在实验表征的同时结合量化计算,尝试弄清酞菁铜与金属有机骨架化合物两者之间的协同作用,以及该作用对NH3高吸附性和高选择性的作用机制。
氨气作为一种空气污染物、化工原料、肾病标志物和爆炸物,广泛存在于我们的日常生活中。因此,开发响应快、稳定性高、选择性优异、检测范围宽、检测限低至ppb级的氨气检测传感器是一项关键挑战并具有重要的实际意义。本课题重点合成并系统探究了一种基于酞菁铜@金属有机骨架化合物核壳结构型(CuPc@IRMOF-3)氨气传感材料。相较于其他类型的氨气传感材料,该材料具有突出的选择性。在室温、相对湿度约为60%条件下,与其他多达十种干扰性气体(包括甲醇,乙醇,丙酮,苯等)相比,具有高达34-265倍的响应性提高。同时,检出限可达52ppb,并具有优异的稳定性和再生能力。系统实验和理论计算证明,具有多孔结构的IRMOF-3的包覆有利于促进氨气的富集和吸附,是提高气敏性能(包括敏感性、稳定性和选择性等)的关键因素。DFT计算结果表明,氨分子的吸附会提高CuPc的费米能级与价带顶的距离,从而使电阻加大,电流降低。
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数据更新时间:2023-05-31
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