近日，我院张根教授课题组在气体传感领域取得关键进展，该工作通过在框架中加入供电子的噻吩环并通过关环反应延伸它们的π共轭体系，成功制备了三种具有高导电性，拓扑可调节的cMOFs。利用基于拓扑结构的固有可调电学特性，成功地展示了这些材料作为化学电阻气体传感器的潜力。其相关成果在国际期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上发表。我校为第一通讯单位。2020级博士生单震为论文第一作者，南京理工大学张根教授、中国科学院过程工程研究所姚明水教授和兰州大学王锐院士为通讯作者。文章链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202401679.
成果简述：氨气是许多工业和农业过程中产生的常见有毒气体之一。氨气的泄漏或积聚可能对人类健康造成严重危害，因此快速、准确地检测和监测氨气浓度变得至关重要。氨气传感技术的发展可以广泛应用于室内空气质量监测、工业安全控制、食品加工以及环境保护等领域。开发高灵敏度、高选择性、快速响应的传感器，能够在不同工作条件下可靠地检测氨气，并有助于提高氨气泄漏事件的预警和应急处理能力，从而保障人们的健康与安全。
导电金属-有机骨架（cMOFs）是一种新兴的电荷传导晶体多孔材料，在传感器，电催化，光伏电池技术，超级电容器和电子设备等科学领域吸引了大量关注。然而cMOFs在功能性调节、导电性和稳定性方面仍存在挑战。大多数现有的芳香配体都基于苯环衍生物，限制了对其电子结构的控制，并且在设计和调节配体以控制cMOFs的维度（1D，2D，3D）方面，尚缺少大量研究。因此，探索新颖的配体设计，以实现cMOFs具有可控结构和性质的制备并将其应用到气体传感领域具有重大意义。
鉴于此，本研究团队通过在框架中加入供电子的噻吩环并通过关环反应延伸它们的π共轭体系，通过调节溶剂体系以调控去质子化程度，进而调节配体与铜离子之间的配位数来实现对cMOF拓扑结构和导电性的控制，成功制备了三种具有高导电性，拓扑可调节的cMOFs。其中1D Cu-MOF-1具有窄能级带隙和良好的导电性（在303K时为11 S m-1），比2D sql-Cu-MOF-2高出五倍，比2D kgm-Cu-MOF-3高出四个数量级。此外，1D Cu-MOF-1可以轻松加工成薄膜，表现出在303K时优异的80 S m-1的导电性，比颗粒的导电性高5-10倍，是报道的cMOFs中最高数值之一。
利用基于拓扑结构的固有可调电学特性，成功地展示了这些材料作为化学电阻气体传感器的潜力，其中2D kgm-Cu-MOF-3对NH3显示出良好的化学电阻特性。动态传感曲线显示，在室温下连续5个传感周期内，2D kgm-Cu-MOF-3对100 ppm NH3的响应时间为3.62分钟，恢复时间为8.95分钟。这项研究不仅扩展了cMOFs的范围，还引入了设计受溶剂控制的拓扑结构、形态和导电性的创新概念，对推动cMOFs在各种技术领域的开发和利用具有重要意义。
该工作获得了国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、中央高校基础科研业务费和软化学与功能材料教育部重点实验室的支持。