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新型納米材料助力VOCs超靈敏檢測

2020-08-24 11:50:27來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：VOCs閱讀量：2831

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是我國常見的大氣污染物之一，是形成臭氧(O3)和細(xì)顆粒物(PM2.5)污染的重要前體物，而臭氧和細(xì)顆粒物是目前我國大氣環(huán)境治理面對的主要問題。盡管隨著環(huán)保工作的持續(xù)推進(jìn)，PM2.5問題已經(jīng)有所改善，但臭氧含量卻在明顯增加。VOCs在臭氧問題的形成中有著關(guān)鍵作用，因此VOCs將成為下一階段大氣環(huán)境治理的核心。除了室外，室內(nèi)的VOCs污染也同樣嚴(yán)重，并且對人體的傷害更大，不僅影響呼吸道健康，還可能誘發(fā)癌癥。

　　檢測與監(jiān)測是VOCs治理的前提和基礎(chǔ)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)對VOCs各類成分的測定以氣相色譜法以及氣相色譜-質(zhì)譜法為主，可以分析VOCs的任一成分。但在實(shí)際應(yīng)用中，通常利用氣體傳感設(shè)備進(jìn)行檢測。VOCs成分復(fù)雜，包括非甲烷烴類(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等)、含氧有機(jī)物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等。常規(guī)氣體傳感器無法做到很好的辨識度和敏感性。因此科學(xué)家根據(jù)多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物與金屬離子之間有很強(qiáng)的配位作用的特性，開始嘗試?yán)煤薪饘匐x子的化合物作為氣敏材料研制氣體傳感器。其中金屬有機(jī)骨架(MOFs)是目前研究的主要方向。

　　作為一種新型多孔納米材料，MOFs由有機(jī)連接配體和金屬簇構(gòu)成。MOFs獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、超高的比表面積和原子級分散的次級金屬簇等特性不僅可以捕捉極微量的VOCs，還可以對多種VOCs進(jìn)行聯(lián)合傳感，可以有效解決普通金屬材料與揮發(fā)性有機(jī)化合物只能單一配位導(dǎo)致的傳感器對VOCs分子檢測限高和識別性差的問題。

　　近日，中國科學(xué)院高能物理研究所與廣西大學(xué)合作的團(tuán)隊合成了一種新型MOF材料——MIL-100(Fe)。這種由鐵簇和1,3,5-苯三甲酸(TMA)合成的材料對VOCs分子具有吸附拉曼增強(qiáng)效應(yīng)，可以分別實(shí)現(xiàn)對甲苯(芳香類VOC)和丙酮(酮類VOC)到2.5 ppm和20 ppm的檢測限，比相應(yīng)的傳統(tǒng)氣體傳感器更靈敏。當(dāng)在MIL-100(Fe)上使用金納米顆粒之間的“熱點(diǎn)”時，對甲苯的檢測極限甚至可以進(jìn)一步降低到0.48 ppb的水平。而且MIL-100(Fe)襯底具有獨(dú)特的“傳感器陣列”屬性，可以通過摻雜異物金屬進(jìn)行多重VOC檢測，具有很大的可修改性和可擴(kuò)展性。

　　除此之外，研究人員還利用MIL-100(Fe)檢測了肺癌呼出標(biāo)記物4-乙基苯甲醛、丙酮和異丙醇。實(shí)驗(yàn)表明MIL-100(Fe)材料在延長吸附時間的方法下，對以上三種肺癌呼出標(biāo)記物有很高的檢測靈敏度，證明了其在體內(nèi)早期診斷肺癌方面的巨大潛力。

　　這項新研究為VOCs檢測提供了一種多組分、超靈敏檢測方法，一旦投入實(shí)用，將在我國VOCs治理中發(fā)揮重要的作用，為我國保衛(wèi)藍(lán)天的工作提供巨大的助力。

　　資料來源：X-MOL

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