水诱导的金属有机框架缺陷工程以提高气体传感性能

《Science China-Chemistry》：Water-induced defect engineering in metal-organic frameworks toward enhanced gas-sensing performance

缺陷工程通过水处理调控MOFs中金属与配体缺陷类型，显著提升气体传感性能。比较分析ZIF-8和ZIF-67发现，水分子破坏金属配位键导致金属缺陷，而配体缺失引发配体缺陷，二者分别增强NO2和C2H4响应达2.63和3.96倍，MOF-74对 acetone响应提升2.97倍。DFT计算证实缺陷位点增强气体吸附与传感效果。

　　

摘要

缺陷工程被认为是提高金属有机框架（MOFs）气体传感性能的有效策略。然而，精确控制缺陷类型及其对气体传感特性的具体影响仍然是一个重大挑战。在此，我们提出了一种代表性的水处理方法，用于在各种MOFs中诱导和调节不同类型的缺陷。通过对具有不同金属中心的ZIF-8和ZIF-67在水处理前后的结构进行比较分析，发现水分子破坏了金属-配体键，导致ZIF-8中的金属脱落，而ZIF-67中的配体部分丢失，从而产生配体缺陷。气体传感结果表明，通过控制水处理时间，可以有效地调节MOFs中的缺陷浓度和气体传感能力。值得注意的是，金属缺陷的存在使ZIF-8对NO₂（20 ppm）的响应增强了2.63倍，而配体缺陷使ZIF-67对C₂H₄（25 ppm）的响应增强了3.96倍。此外，MOF-74中金属缺陷的形成使其对100 ppm丙酮的响应增强了2.97倍。密度泛函理论计算证实，缺陷位点增强了气体吸附和传感性能。本研究为MOFs中的缺陷工程提供了新的见解，扩展了缺陷工程MOFs在多种应用中的潜力。