编辑推荐：
本文聚焦沸石咪唑酯骨架 - 8（ZIF-8）及其衍生物，全面阐述其合成方法，分析各因素对其结构性能的影响，探讨在气体传感中的应用，剖析传感机制，还提及面临的挑战与未来展望，为 ZIF-8 基气体传感器研发提供参考。
引言
环境污染严重威胁生态系统、人类生命和全球健康，其中空气污染因多种有毒气体的存在，成为首要的公共健康问题。常见的空气污染物，如 SOx、NOx、NH3、CO、H2S 和挥发性有机化合物（VOCs）等，会引发多种健康问题，甚至危及生命。为监测这些有害气体，传感器在气体传感和监测领域广泛应用。
目前气体传感器种类繁多，根据传感机制可分为固体电解质、可定制发光和能量转移过程、质量敏感、光谱、电化学、催化燃烧、半导体气体传感器和光学传感器等。在先进传感器技术中，电化学传感器因能有效检测和监测有害气体而备受关注。
金属有机框架（MOFs）因其高比表面积和可调节孔隙率，在气体吸附和传感方面展现出显著优势。MOFs 是一种新型无机 - 有机杂化晶体材料，在药物递送、气体存储与分离、催化、化学传感和磁性等领域应用广泛。其独特的性质，如永久开放的孔隙率、高结晶度、易于化学功能化和极高的内表面积，使其在气体和湿度传感中备受青睐。不同类型的 MOFs 在传感领域表现出色，如 Cu-TCPP-Cu、Au 集成 MOFs 和表面工程 MOFs 等。
在众多 MOF 家族中，沸石咪唑酯骨架（ZIF）具有最高的比表面积、可修饰的孔隙率和化学稳定性，有利于气体吸附和提高传感灵敏度。ZIF-8 作为 ZIF 的一种，因其在温和条件下易于合成，能制备出均匀且无缺陷的结构，在气体传感、药物递送、气体分离和催化等领域具有重要应用价值。本文将深入探讨 ZIF-8 及其衍生物在有害气体传感技术中的合成与应用。
ZIF-8 的基本原理
21 世纪初，Yaghi 团队率先合成了 ZIF-8 材料，这在 MOFs 领域是一项重大进展。他们采用溶剂热法，以 2 - 甲基咪唑（2-MIM）和二甲基甲酰胺 / 水（[Zn (MIM)2·(DMF)·(H2O)]）为原料，使锌离子（Zn2+）与 2-MIM 在 DMF 和水的混合溶剂中配位，成功合成 ZIF-8。ZIF-8 相比传统 MOFs，具有更高的化学和热稳定性、更强的耐湿性等优势。
ZIF-8 及其衍生物的合成方法
为实现 ZIF-8 及其衍生物更好的实际传感应用，选择合适的合成方法至关重要。研究人员采用了多种方法合成 ZIF-8 及其衍生物，包括快速室温合成、超声合成、液相扩散、水热合成、溶剂热合成、声化学合成、机械化学合成、微波辅助合成、干凝胶转化、气相辅助转化等先进技术。具体合成策略的选择取决于所需制备的 ZIF-8 衍生物类型。
气体传感器及其类型
根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的定义，气体传感器是一种能够将化学数据（包括成分分析和单一样品组分浓度）转化为电、光、声或其他数字信号的装置。气体传感器主要根据工作类型分类，常见的有红外（IR）传感器、金属氧化物半导体（MOS）传感器、电化学气体传感器和光学（荧光）传感器等。本文主要讨论了化学电阻式、化学电容式和电化学气体传感器。
纯 ZIF-8 及其传感应用
纯 ZIF-8 属于 MOFs，由锌金属和 2-MIM 配体通过框架结构排列而成，未添加其他涂层、沉积物或材料层。由于其稳定性高且合成简单，纯 ZIF-8 被视为多种气体传感的理想材料，可用于检测 CO2、NO2以及丙酮、乙醇、氢气等气态 VOCs。
基于 ZIF-8 的复合材料
由于纯 ZIF-8 作为气体传感材料存在一些缺点，相关研究报告有限。为制备具有卓越气体传感应用能力的复合材料，开发有效的技术将优质功能性 ZIF-8 涂层与其他材料相结合至关重要。基于 ZIF-8 的高性能复合材料在基础研究和未来实际应用中都极具挑战性。
杂化 ZIF-8 及其气体传感应用
ZIF-8 与不同类型的纳米颗粒结合形成杂化 ZIF-8，可改善其化学和物理性质。杂化 ZIF-8 在保持晶体形态的同时，融入了碳基材料、金属基材料和聚合物等其他材料。由于其协同效应，杂化后的材料在检测有害气体时，传感器的灵敏度、选择性和孔隙率都得到了提高，使 ZIF-8 成为制备高性能气体传感器的理想候选材料。
基于 ZIF-8 的材料用于检测锂离子电池泄漏以提高安全性
锂离子电池（LIBs）作为一种新能源技术，在储能系统、电动汽车和便携式电子产品市场中广泛应用且占据主导地位。然而，在大多数应用中，压力、振动、温度和过充电等外部因素会显著影响 LIBs 的内部电化学行为，还可能引发热失控（TR）等危险现象。基于 ZIF-8 的材料可用于检测锂离子电池的泄漏，从而提高电池使用的安全性。
结论与展望
本综述强调了 ZIF-8 作为纳米材料在合成先进气体传感器方面的巨大潜力，其独特的结构和较大的孔体积有助于增强气体吸附和选择性。文章全面概述了 ZIF-8 的详细形态，突出了其在不同空间群中的结晶和方钠石拓扑结构对整体性能的贡献。同时，深入探讨了各种合成方法、ZIF-8 基材料在气体传感中的应用及传感机制，并分析了面临的挑战，如重现性、可扩展性和环境稳定性等问题。未来，ZIF-8 及其衍生物有望在优化气体传感性能方面取得更大进展，为环境监测、公共健康保障和电池安全领域提供更有效的技术支持。
