基于MOFs材料的化学传感器的研究进展

李莹，张红星，闫柯乐，胡绪尧，贾润中，邹兵，肖安山

（1中国石化青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071；2化学品安全控制国家重点实验室，山东 青岛 266071）

基于MOFs材料的化学传感器的研究进展

李莹1，2，张红星1，2，闫柯乐1，2，胡绪尧1，2，贾润中1，2，邹兵1，2，肖安山1，2

（1中国石化青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071；2化学品安全控制国家重点实验室，山东 青岛 266071）

近几年来，基于金属有机骨架材料（MOFs）材料的化学传感器的研究受到人们的广泛关注，MOFs材料可调的孔尺寸和巨大的比表面积提高了气体检测的选择性和灵敏度。MOFs作为传感材料最大的挑战就是信号的传导，本文详细总结了MOFs化学传感器的信号传导方式，如光学传感（如干涉法、局域表面等离子体共振、胶态晶体、溶剂着色、发光传感等）、导电传感和机电传感（如表面声波传感、石英晶体微天平和微悬臂梁等）等；并展望了MOFs化学传感器的应用前景，合成更多具有导电性质的MOFs材料或将MOFs传感材料与振动光谱及其他分析技术相结合是改善MOFs传感器检测灵敏性和选择性的非常有效的方法。

金属有机骨架材料；化学传感器；选择性；灵敏性；信号传导

金属有机骨架材料（MOFs）是由金属离子与有机配体自组装而成的多孔骨架晶体材料[1]，其巨大的比表面积、可调节性、结构多样性，使其在众多多孔材料中脱颖而出[2-3]，在气体的储存[4-5]与分离[6]、多相催化[7]等领域有着广泛应用。最近，人们开始将MOFs材料应用于化学传感器领域，与其他化学传感材料相比，MOFs结构和性质的可调性是其他化学传感材料都难以超越的一个重要优势。

在化工行业和环境监测等领域，迅速、选择性地检测出环境中气体成分及浓度十分必要。大多数传感器主要基于有机聚合物或无机半导体薄膜吸收或与被检测分子反应来检测气体，将这些薄膜的电、光、力学性能的变化及变化大小转换成被检测气体及其浓度。目前的化学传感器存在很多需要改进的地方，例如，基于钯薄膜的H2传感器很容易被CO和H2S等有毒气体毒化；基于金属氧化物的化学传感器一般在高于200℃的高温条件下才能运行，且选择性差、存在交叉干扰[8]。而MOFs材料热力学稳定，通常300℃高温下都不会分解并且能够解决困扰其他感应材料的检测选择性的问题[9]。

本文总结了MOFs材料作为化学传感器的应用研究，首先简单分析了基于MOFs材料传感器存在的一些挑战。设计出理想的、对化学分子具有感应的MOFs材料，通过采用薄膜生长技术将MOFs集成到传感器装置中，并结合适当的信号传导能力，完成传感作业。其次，根据信号传导方式分类讨论了MOFs传感器的应用。

1 基于MOFs材料的传感器

评价化学传感器的重要参数有灵敏度、选择性、材料稳定性和可重复性等。多孔MOFs传感材料能有效地将气体吸附，浓缩集中在骨架中，提高了检测的灵敏性[10]。检测灵敏性不仅取决于信号传导的方式，还取决于气体分子与MOFs材料的结合力度和气体分子在MOFs里传输的动力学，而能否产生可观察到的信号取决于MOFs材料的吸附能力。由于位阻因素，MOFs材料可以选择性地吸附分子尺寸比MOFs孔径小的气体，而大于其孔径的分子则不能被吸附[11]。另外，可以通过增强吸附质与MOFs内表面的化学作用（如氢键、供/吸电性、共价键等）提高吸附选择性。一般，小孔隙的MOFs材料对气体的吸附能力更强，检测灵敏性高。由于大多数客体分子是物理吸附，所以MOFs传感器中传感材料通过简单的真空或稍高的温度即可恢复原态重复使用。另外，MOFs材料能够吸附大量的水，例如HKUST-1能够吸附40%（质量分数）的水，该特点可以使其用于湿度的传感[12]。然而，在对其他气体的检测中，水蒸气是一个常见的干扰气，需要合成疏水MOFs材料解决处理。

MOFs材料应用于传感器最大的挑战就是信号的传导，MOFs材料既能吸附小分子又能传导信号，已报道的大多数MOFs传感器是将镧系离子的发光猝灭或芳香荧光作为信号。为了提高MOFs材料用于化学检测的普遍性，人们同时利用光学、电学和机械方法等进行信号传导。一般采用制作MOFs薄膜的方式将MOFs材料嫁接到金属氧化物、玻璃或硅胶等传感装置上。但是，MOFs材料在化学传感方面的研究还处于初步阶段，还有很多实质性的问题需要解决。

2 MOFs传感器信号传导方式

2.1 光学传感

2.1.1 干涉法

干涉法是通过测量MOFs的折光率（RI）随着客体分子的数量和折射率变化的光学方法。折光率是光与可极化物质相互作用的测量方法，随着极化电子的数量和电子的极性增加而增加。

LU等[13]报道了透明玻璃上ZIF-8薄膜的蒸汽传感，其中干涉法折射表面是MOFs膜的前后面。因为大多数MOFs的容量是由最初的空孔组成的，吸附质在这些孔里的吸附使折射率产生变化。采用逐步法制作的薄膜厚度可调，简单地将玻璃或硅基片浸渍在含有合成MOFs的前体溶液中，通过溶液中纳米晶体的沉积产生了一个50nm厚的MOFs薄膜，此过程可以采用新鲜的前体溶液重复。由于MOFs薄膜厚度与反射光谱有关，不同厚度的MOFs薄膜显示出不同的颜色（图1）。厚度大约为1μm的ZIF-8薄膜可以用来检测丙烷气体，因此ZIF-8可以用于制作选择性传感材料。由于甲基取代的咪唑配体的疏水性，其合成的ZIF-8孔表面疏水，可以用于水存在下对有机气体分子的检测。另外，ZIF-8的小孔（约3.4Å，1Å=0.1nm）能够提高对小分子的检测选择性，如ZIF-8传感器可以检测到正己烷，而不能检测到位阻大的环己烷。

2.1.2 局域表面等离子体共振

与干涉法原理相似，表面等离子体共振光谱也是通过测量MOFs折光率的变化间接地检测化合物。当用白光照射银、金或铜纳米颗粒时，传导带电子会产生连贯的振动，即局域表面等离子体共振（LSPR）现象[14]。LSPR光谱在生物传感方面有很多应用，而在气体和蒸汽传感方面应用很少，主要是信号放大和选择性方面还存在一些不足。不同气体的折射率数值差别不大，采用的LSPR光谱分析仪的分辨率很难检测区分。而将等离子体颗粒与具有化学选择性的MOFs结合可以改进这类传感器，利用当被检测分子的吸附与等离子体共振重叠时的共振效应能够放大响应的特点增加传感器的灵敏性。通过将小的金属纳米颗粒嵌入到MOFs中，可以利用其表面等离子体现象，表面增强拉曼散射效应，同样可以增加灵敏性[15]。

图1 不同厚度的ZIF-8薄膜显示的不同颜色

SHEKHAN等[16]采用叠层法在玻璃表面的银纳米颗粒上制备了Cu3(btc)2(H2O)3（btc=均苯三羧酸）薄膜。这种MOFs@Ag传感器可以用于检测CO2，因为之前有报道Cu3(btc)2(H2O)3材料很容易吸附CO2[17]。MOFs@Ag吸附CO2后的LSPR频率位移（Δλmax）是没有MOFs涂层的银纳米颗粒LSPR频率位移的18倍。另外，MOF@Ag可以从净化气中选择性地吸附CO2，常压下对CO2的吸附为2～4mmol/g，而对N2的吸附只有0.2～0.4mmol/g。因此，当用CO2替代N2时，MOFs折射率会有一个明显增加。

HU等[18]合成了Au纳米颗粒（AuNPs）/MIL-101复合材料用于高灵敏SERS检测，该复合材料结合了MOFs材料的高吸附性能和纳米颗粒的局域表面等离子共振特性，使被分析物气体快速有效地集聚在SERS活性金属表面，大幅度提高了SERS基底的响应灵敏度，其对罗丹明6G和对二氨基联苯的检测下限分别为42fmol和0.54fmol，并具有良好的响应稳定性和重现性。对苯二胺和α胎甲球蛋白的检测下限为0.1ng/mL，线性范围分别为1～100ng/mL和1～130ng/mL。

2.1.3 胶态晶体

含有胶态晶体的MOFs也可以用于光学检测化合物。胶态晶体是由三维有序的亚微米颗粒组成的，通过聚苯乙烯或二氧化硅微球自组装而成。由于它的周期性，当光的波长与颗粒尺寸相当时，胶态晶体可以作为衍射光栅。胶态晶体在一个特定的波长（阻带）下反射光，阻带取决于颗粒和填充在间隙的中介的折射率，因此，胶态晶体可以作为基于折射率变化的传感材料。

LU等[19]采用叠层法在有序二氧化硅微球之间的间隙制备了HKUST-1薄膜，得到MOFs-二氧化硅复合胶体晶体（MOFs-SCC）。阻带波长是微球直径和折射率的函数，吸附客体分子后，MOFs-SCC折射率明显增加产生阻带红移，例如HKUST-1 MOFs-SCC吸附二硫化碳后阻带红移16nm。由于折射率随着吸附的二硫化碳数量增加而增加，位移也与吸附质的浓度有关。通过将阻带位移转变成吸附质的体积分数构建了基于光学测试吸附曲线，等温线的形状可以通过对石英晶体微天平上HKUST-1膜吸附蒸汽定量来确认。由于HKUST-1能够吸附很多种化合物，HKUST-1传感器能够对水、乙醇、氩气、二氧化碳、乙烷、乙烯和空气等多种成分响应，其中对水、二硫化碳和乙醇的检测下限分别达到2.6μL/L、0.5μL/L和0.3μL/L。

LI等[20]基于超薄的MOFs涂层胶态晶体（MCCs）制备了光学传感模型，通过检测有效折射率（RI）的变化进行气体或蒸汽传感。在此传感器中，有光子固有模式和Fabry-Perot振荡两种光学信号传导方式。MOFs巨大的比表面积和可调的孔尺寸特性使其可以选择性地识别醇类、水、腈类等，并且具有一个相当宽的线性响应范围。传感器的灵敏性与MOFs涂层的厚度相关，具有超快的响应时间（＜5s）和良好的可重复性。

2.1.4 气致变色

材料颜色的变化是最简单直接的传导信号的方法。溶剂着色是材料吸附气体后，吸收光谱产生很大位移，不同的溶剂分子产生不同的位移。通常位移大小与溶剂的极性相关，材料发色团从基态到激发态偶极矩的变化导致显色。例如，LU等[21]采用铜离子与有机配体3,6-二(吡啶-4-基)-1,2,4,5-四氮杂苯（dptz）合成的MOFs，将其浸渍在不同极性的溶剂中表现出不同的溶剂着色行为（图2）。溶剂极性越大，吸收带蓝移越明显。

图2 MOFs材料的溶剂着色效应

除了基于溶剂极性和溶剂-发色团相互作用产生的溶剂着色，MOFs还存在其他机理产生的颜色变化。MOFs含有金属离子和有机配体两部分，使其具有离散配位化合物的特性，金属中心配位域的变化在MOFs传感中非常重要。LONG等[22]将Co2+-MOFs暴露于多种蒸气中吸收光谱发生位移，这是由从不对称八面体到四面体配位环境的变化导致的。LEE等[23]利用一种无定形凝胶MOFs材料从含氯气体中感应氯离子。MOFs中1,2,4,5-四（2H-四氮唑-5-基）苯（TTB）和溴离子配位在八面体的Co2+节点上。当配位聚合物暴露于含氯气体中[如HCl、SOCl2、(COCl)2和COCl2]时，颜色从红色变为绿色；在670nm处出现一个新的吸收峰，又变为蓝色，作者推测溴离子被气体中的氯离子取代，引起金属中心配位构型的变化，将该吸收峰归属为四面体配位在Co2+中心。HE等[24]通过在合成MOFs材料的有机配体中引入烷基硫醚单元，制备得到的MOFs晶体可以选择性地识别Pd(Ⅱ)离子。低浓度的Pd(Ⅱ)离子便可引起MOFs晶体颜色的显著变化，因此该MOFs材料可用于Pd(Ⅱ)离子的显色分析。

2.1.5 发光传感

发光骨架材料是目前为止研究最多的一类MOFs传感材料，因为其产生的信号是肉眼可见的，并且检测下限可以达到单分子水平。MOFs吸附性能的可调变性使其具有很高的分子选择性，另外，其巨大的比表面积可以将分子迅速集中在MOFs笼中，使其具有很高的检测灵敏性。发光MOFs最常见的信号传导形式是由于吸附客体分子后光诱导的发射引起的猝灭或者增强，其强度取决于客体-主体之间的相互作用。电子给体（氨基）或电子受体（硝基芳香化合物）能力越强的化合物，越容易被检测到。

YAO等[25]采用水热合成法制备了一个多孔发光Zn（Ⅱ）-MOFs晶体，该MOFs材料含有轮桨状[Zn2(COO)4]簇和富π电子的联苯四羧酸。共轭的π电子芳香体系对缺电子硝基苯等爆炸物分子具有很高的灵敏性，通常表现为荧光的猝灭。LI等[26]合成了一种新型的多孔聚合荧光探针MN-ZIF-90，该传感器可用于硫化氢荧光检测和高选择性氨基酸识别。MN-ZIF-90独特的晶体结构可以提高吸附硫化氢后的荧光强度，对生物硫醇也具有很高的选择性。

但是，由于大多数发光的MOFs传感器依赖于荧光猝灭率，对产生相同效果的化合物很难区分。为了解决这个问题，TAKASHIMA等[27]研发了一个发光MOFs化学传感材料Zn2(bdc)2(dpNDI)（bdc = 1,4-苯二甲酸，dpNDI=N,N′-二(4-吡啶基)-1,4,5,8-萘二亚胺），其发射频率取决于客体分子的化学特性。NDI是能够产生集光的复合物，当与溶液中的芳香化合物相互作用时，这些特征会传输到MOFs结构中。将该MOFs浸渍在一系列含有不同取代基的芳香化合物中，如苯甲腈、甲苯、苯、苯甲醚、碘苯和二甲苯等（图3）。除了苯甲腈，其余的化合物都会在420～500nm之间产生一个新的宽吸收峰，说明NDI与客体分子之间发生了基态电荷转移。每一个化合物都表现出不同波长的激基复合物发光，随着化合物电子供电性的增强，激基复合物发光向长波长移动。合成的MOFs处于非发光状态，当吸附客体分子后发出荧光。由于每个客体分子产生不同的发射颜色，可以通过直接测量发射频率和强度辨别化合物的种类和浓度。

图3 MOFs材料在不同溶剂中的发光

2.2 导电传感

目前关于金属氧化物、固体电极和金属氧化物-半导体场效晶体管的传感器的研究有很多，而有关MOFs导电传感的报道则很少。尽管半导体金属氧化物能对一系列氧化或还原性的化合物作出响应，但是存在很多局限性。例如，有些传感器对分子识别的机理是靠气体与吸附在氧化表面的氧气物种反应，对于这些反应过程必须在高于200℃的条件下才能运行。另外，超出传感器寿命，会出现基线漂移和对不同化合物的交叉感应等。

由于MOFs的选择性吸附能力和在常温或低温下进行吸附及传感过程，与氧化物薄膜相比有很多优势。ACHMANN等[28]筛选了3种MOFs材料Al-BDC、Fe-BTC和Cu-BTC，并以两种不同的形态测量了MOFs材料的电性能（图4）。第一种是将两种MOFs材料分别涂在叉指电极上，第二种装置是将商业制作的MOFs丸与金属圆盘电极接触。负载Fe-BTC的MOFs材料的两个装置可重复性地对水蒸气响应，复数阻抗的绝对值随着水蒸气浓度的增加直线下降，最低测量温度为120℃。但是，高温下Fe-BTC传感装置对水蒸气浓度变化的灵敏度下降。作者把温度相关性归因于随着温度增加能够较快的饱和或脱附。Al-BDC也能响应湿度的变化，但是其基线发生巨大漂移，导致不能重复测量。虽然仍存在一些问题，但是ACHMANN等证明Fe-BTC传感器满足了目前已有传感器不能满足的湿度传感需求，即在水浓度低于10%或低温情况下也能进行。

图4 两种不同形式测量MOFs材料的电性能

CAMPBELL等[29]合成了一种导电2D MOFs材料Cu3(HITP)2（HITP = 2,3,6,7,10,11-已氨基三亚苯），以该MOFs材料制作的化学传感器能够检测小于1μL/L浓度的氨蒸气，其中铜配位点在氨气传感中非常重要。另外，通过更换过渡金属离子，合成其他导电MOFs材料，由于材料电子结构的不同可用于其他有机气体的传感。该类传感材料易于制作，可以大量合成而不是只在表面生长。缺点是没有一个合适的MOFs材料能够响应纯的气相分析物。虽然一些MOFs材料对气体具有很高的吸附能力，但是不可能造成MOFs很大的电性能变化，也就不能采用阻抗法检测。因此，需要开发出更多导电性能的MOFs材料，将其用于基于阻抗传感的传感装置中[30]。

2.3 机电传感

采用MOFs材料应用于化学传感器的机电装置（例如石英晶体微天平、声表面波传感器、微悬臂梁）中，尽管这些装置采用不同的传导机理，但是每种情况都需要将分析物被吸附在传感器表面进行信号检测。MOFs材料因其超大的比表面积和可调的孔径环境在这方面具有很好的应用前景。

2.3.1 表面声波传感

表面声波（SAW）传感器是已经被广泛用于化学传感的装置，通过测量平行于表面的声波频率变化来检测气体吸收，声波是由振荡器（通常是石英）25～500MHz范围内振动产生的[31]。ROBINSON等[32]利用负载Cu-BTC的SAWs在一个相当宽的浓度范围内对湿度进行了测量。WANG等[33]采用叠层法直接在石英装置上制备HKUST-1薄膜，该装置对水蒸气的响应非常迅速并且可以重复。与负载多孔氧化铝的场效应晶体管传感器相比，检测灵敏度可达1μL/L。同时考察了SAM传感器响应与薄膜厚度的关系，分别采用叠层法生长的Cu-BTC薄膜10轮、20轮、30轮、40轮、50轮、60轮和100轮的厚度从75nm到350nm范围内变化。通过对比负载轮数和对水蒸气响应之间的关系，预示着有一个最佳厚度。负载50轮后的MOFs薄膜对低湿度的响应没有明显增加，也就是负载50轮厚度的薄膜对水蒸气的响应最佳，可能是因为远离SAM表面的薄膜部分对声波耦合能力较弱造成的。

2.3.2 石英晶体微天平

石英晶体微天平（QCM）是通过感应垂直于石英晶体表面共振振动传播引起的很小的频率变化来检测化合物。此技术已经被用于评价分子筛薄膜对湿度和有机蒸气传感的能力[34-35]。由于大多数的分子不能很强地结合在石英表面，需要使用负载薄膜的形式来提高灵敏度和选择性。QCM羟基化表面为键合配体和金属离子提供了活性反应位点，所以MOFs薄膜能够相对容易的沉积在QCM表面。

采用自组装单分子层（SAMs）将MOFs镶嵌在QCM电极表面上，并采用该基于MOFs传感的装置考察了对水蒸气的吸附能力[36]。由于MOFs巨大的孔容和比表面积对湿度的传感是非常有前景的，对水的吸附可以高达41%（质量分数）。另外，与一般有机聚合物相比，MOFs具有相当高的热力学稳定性，允许在高温下加热，迅速除去吸附的水分子，使传感器达到再生的效果。BIEMMI等[37]采用直接生长方法在功能化QCM金电极表面上制备了选择性生长的Cu3(BTC)2（即HKUST-1）薄膜，并评价MOFs薄膜的吸附性能。将这些薄膜[膜质量(45～71)×10–6g/cm2]暴露于水蒸气中，QCM会显示一个明显的质量增加，预示着MOFs吸附了水分子。

AMELOOT等[38]采用电化学方法将Cu-BTC薄膜直接生长在QCM装置上，不需要先对QCM进行功能化，以一种更直接的方式研究MOFs薄膜对水的吸附特性。循环使用干燥的或湿的氮气流时可产生重复检测相对湿度的变化信号，Cu-BTC薄膜对水的吸附能力高达25%～30%（质量分数）。另外，负载MOFs薄膜的QCM装置还可以测量小分子在多孔MOFs里的扩散常数。ZYBAYLO等[39]采用液相外延法（LPE）在QCM金电极上沉积了高度有序的Cu-BTC薄膜，通过测量时间相关的质量增加得到吡啶的扩散常数（1.5×10–19m2/s）。

WANNAPAIBOON等[40]采用逐步液相外延沉积法在Au基底上制备了Zn-MOFs自组装单层膜，通过QCM监测该MOFs材料可以吸附传感不同结构的有机溶剂分子，并研究了MOFs孔径对吸附传感的影响。DAVYDOVSKAYA等[41]通过在QCM上制备Cu-BTC薄膜来检测甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等，检测水平可以达到1 × 10–4%。另外还研究了醇链长度、分子几何结构以及极性对MOFs吸附检测的影响。在干燥环境下，短链醇更易吸附在Cu-BTC上，即对短链醇有更高的灵敏性；而在潮湿环境中，对长链醇灵敏性更高。

2.3.3 微悬臂梁

微悬臂梁（MCL）通过质量增加导致悬臂振荡频率变化（动态模式）和压力诱导的弯曲（静态偏差模式）两种机理来检测化合物。由于MOFs材料具有巨大的比表面积，MOFs薄膜可以有效地作为低浓度化合物的浓缩器。动态模式下，可以通过光学被检测到感应器振荡频率的变化；然而在静态模式下，可以通过光学或使用内置的压敏电阻传感器检测到吸附客体分子后界面产生压力导致的悬臂梁偏差。静态微悬臂设计中，可以使用负载MOFs的装置检测到＜1nm的位移。MOFs结构的灵活性有利于采用静态MCL化学检测，因为结构单元中小的变化在悬臂梁和MOFs薄膜界面产生大的拉伸或压缩应力。

KITAGAWA等[42]证明晶胞体积可以有大的变化，根据此特点可以制作精致的灵敏性的MOFs检测器，例如去除客体分子后MIL-88晶胞体积变化23%。通过使用整合在MCL上Cu-BTC薄膜证明压力诱导的化学传感是可行的。Cu-BTC不能产生非常大的吸附诱导的结构变化，除去配位的水分子只改变立方MOFs晶胞尺寸0.12Å。含水MOFs薄膜在40℃氮气流下加热会得到无水MOFs薄膜，热氮气流可以除掉MOFs孔中发生物理吸附的水分子，而不能置换掉配位在铜位点的水分子。MCL的含水MOFs薄膜能很迅速地、可逆地响应水蒸气、甲醇、乙醇，而对N2、O2和 CO2不响应；然而，当无水MOFs薄膜能响应CO2的吸附，说明亲水分子（例如醇类）能够取代发生物理吸附的水分子，然而相互作用弱的气体（如CO2）只有MOFs材料的孔在空的状态下才能被检测。结果说明，可以将造成MOFs晶体结构轻微扭曲的分子吸附能转换成机械能来制作高度响应的、可逆的和选择性的感应器。

通过MOFs薄膜与装置之间的相互作用和MOFs薄膜的力学性能来提高检测灵敏性。为了达到这个目的，LEE等[43]制备了负载MOFs薄膜的MCL模型来确定MOFs薄膜的Young’s系数、MOFs薄膜相连的顶介电层的组成和厚度。MCL响应随着MOFs薄膜厚度增加而增加，最大值为800nm，而前面提到的SAWs上负载MOFs薄膜的厚度最高为350nm，说明了MCL比SAWs传感更灵敏。无论哪一种传感器，MOFs薄膜必须紧紧地与装置表面结合以达到最佳灵敏性，MOFs薄膜的形态也可能会影响传感灵敏度。

3 结论与展望

MOFs传感器在一系列有机分子和离子检测方面显示出非常优质的潜力，但是仍有很大需要改善的空间。首先，对于没有任何明显的传感信号非发光骨架的MOFs材料，可以采用干涉法、胶态晶体、等离子体共振光谱、石英晶体微天平、表面声波和微悬臂装置等其他信号传导方法或合成更多导电MOFs材料采用导电传感方式对待测物进行检测识别。另外， 微机电系统装置可用于开发小型化、便携式传感器。虽然不同的化合物与MOFs相互作用后产生不同的“指纹”，但是由于传感方法效果的局限性，并且“指纹”随着化合物的浓度而变化，所以设计合成能够只对某种化合物选择性响应的MOFs材料是非常困难的。因此，将MOFs传感材料与振动光谱或其他分析技术相结合是改善检测选择性非常有效的方法。

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Progress of chemical sensors based on metal-organic frameworks (MOFs)

LI Ying1，2，ZHANG Hongxing1，2，YAN Kele1，2，HU Xuyao1，2，JIA Runzhong1，2，ZOU Bing1，2，
XIAO Anshan1，2
（1Research Institute of Safety Engineering，SINOPEC，Qingdao 266071，Shandong，China；2State Key Laboratory of Safety and Control for Chemicals，Qingdao 266071，Shandong，China）

Recently，chemical sensors based on MOFs have aroused a great deal of attention. The features of MOFs materials such as tunable pore size and huge specific surface area can improve the detection selectivity and sensitivity of chemical sensors. Signal transduction is one of major challenges which largely limits the implementation of chemical sensors based on MOFs. Signal transduction methods are summarized in this review，including optical sensors（interferometry，localized surface plasmon resonancem，colloidal crystals，solvatochromism，luminescence-based sensing），impedance spectroscopy，electromechanical sensors（surface acoustic wave sensors，quartz crystal microbalance and microcantilevers）. Finally，application prospect of chemical sensors based on MOFs is proposed，and a promising concept for improving sensitive and selective detection is to synthesize more conductive MOFs materials and couple MOFs with vibrational spectroscopy or other analytical techniques that can provide a molecular fingerprint.

metal-organic frameworks；chemical sensors；selectivity；sensitivity；signal transduction

O6-1

A

1000–6613（2017）04–1316–08

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.022

2016-05-25；修改稿日期：2016-12-13。

中国石化安全工程研究院青年创新项目（YQ-13）。

及联系人：李莹（1988—），女，博士，工程师，现主要从事挥发性有机物（VOCs）吸附材料及安全功能材料的研究。E-mail: liying.chemistry@outlook.com。