近年来，电子自旋由于其量子特性在先进科学技术中得到了广泛的应用。特别是基于电子自旋的传感器具有高灵敏度和巨大应用潜力。例如，具有氮空位中心的金刚石自旋体系可实现量子传感和单分子测量。此外，其他种类的电子自旋体系也可能具有独特的功能，目前仍需要做进一步的探索研究。

内嵌金属富勒烯是具有新颖电子特性的分子纳米材料。在亚纳米级的碳笼内，金属元素与碳笼的相互作用带来新颖的电子、磁学和光学性质。中科院化学所王太山研究员在多年金属富勒烯研究中发现该类材料的电子自旋性质具有重要研究价值，并率先开展了基于内嵌金属富勒烯的分子自旋材料研究，在自旋材料创制、自旋调控、自旋感知、自旋传感应用等方面取得系列成果。

  本文研究了将金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀作为分子纳米自旋传感器用于探测多孔有机框架材料对气体的吸附性能。选择了自旋活性金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀，并将其植入到共价有机框架（Py-COF）和金属有机框架材料（MOF-177）的纳米孔道中。利用电子顺磁共振（EPR）波谱仪采集多孔材料吸附氮气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、丙烷、丙烯后Sc₃C₂@C₈₀的EPR信号。研究结果表明，植入的Sc₃C₂@C₈₀的EPR信号变化与多孔材料的气体吸附性能相关。相对于传统气体吸附测量方法，利用分子纳米自旋传感器进行测量时所需多孔有机框架材料的量较少，在该研究中，只需要1 mg左右的多孔有机材料。这种传感与测量技术已申请专利。另外，这种植入式纳米自旋传感器可以实现原位实时的气体探测。该纳米自旋传感器未来可用于量子传感和精密测量。相关工作以“Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

文章信息：Jie Zhang, Linshan Liu, Chaofeng Zheng, Wang Li, Chunru Wang, Taishan Wang*. Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks, Nat. Commun., 2023, 14, 4922. https://doi.org/10.1038/s41467-023-40683-2