双金属协同效应增强的金属有机框架材料：一种新型室温高效H2S气体传感机制

针对工业环境中H2S气体检测存在的灵敏度不足、需高温操作等问题，研究人员开发了基于双金属协同作用的MOF-919(Fe-Cu)传感器。该材料通过优化孔隙结构（1461 m2/g比表面积）和双金属活性位点，实现了931.6%的室温响应值和0.31 ppm检测限，为低功耗微型化气体传感器提供了新范式。

　　

在石油化工、污水处理等工业场景中，无色剧毒的硫化氢（H₂S）如同隐形杀手，微量泄漏即可导致呼吸麻痹甚至死亡。传统检测技术如红外光谱、电化学传感器往往面临功耗高、响应慢或需加热至150-200°C的困境，严重制约实际应用。金属有机框架（MOF）材料虽具有高孔隙率优势，但单金属MOF的传感性能始终难以突破室温条件下的灵敏度与选择性瓶颈。

台湾中原大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究中，创新性地将铁、铜双金属中心整合到MOF-919骨架中。通过对比单金属MIL-100(Fe)、HKUST-1(Cu)与双金属MOF-919(Fe-Cu)的性能差异，发现双金属协同作用可使材料在室温下对10 ppm H₂S的响应值提升至931.6%，远超单金属材料的562.7%和657.1%，同时检测限降至0.31 ppm。这一突破为开发免加热、高灵敏的工业气体传感器提供了全新思路。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）验证材料结构，通过BET比表面积测试揭示MOF-919具有1461.1 m²/g的高孔隙率，循环伏安法（CV）证实双金属材料具有最优电化学活性。密度泛函理论（DFT）计算从原子层面阐释了Fe-Cu双活性位点对H₂S分子的强吸附机制。

Spectroscopic characterization
FTIR谱图中1628 cm^?1处的C=O伸缩振动与3441 cm^?1的O-H振动证实了有机配体成功配位。XRD图谱显示MOF-919同时具备MIL-100(Fe)的(311)晶面峰和HKUST-1(Cu)的(222)晶面峰，证明双金属框架的成功构建。

Electrochemical behavior
CV曲线显示MOF-919的氧化还原峰电流比单金属材料高2.1倍，归因于Fe³⁺/Fe²⁺与Cu²⁺/Cu⁺双电子转移路径的协同效应。电化学阻抗谱（EIS）表明其电荷转移电阻降低58%，显著提升电子传导效率。

Gas sensing performance
在NH₃、CO、NO₂混合气体干扰测试中，MOF-919对H₂S的选择性系数达到12.7，响应时间仅28秒。连续30天测试后信号衰减<5%，展现卓越稳定性。DFT计算显示H₂S在Fe-Cu位点的吸附能（-2.34 eV）显著低于单金属位点（-1.78 eV），从理论上验证了实验现象。

这项研究开创性地证明：通过精确调控双金属比例（Fe:Cu=1:1）与孔径尺寸（3.1 nm），可实现气体扩散速率与表面吸附能力的平衡优化。MOF-919的优异性能不仅解决了传统MOF传感器依赖高温工作的核心痛点，其设计理念更为开发其他双功能气体传感器（如CO₂/NO_x协同检测）提供了普适性策略。论文通讯作者Jui-Ming Yeh教授团队特别指出，该材料的室温工作特性使其可直接集成到物联网（IoT）设备中，对于构建智能工业安全监测系统具有重要应用价值。