基于ZIF-8衍生ZnO@C-ZIF复合材料的超高灵敏度抗湿乙醇气体传感器

本文推荐一种基于ZIF-8衍生多孔碳（C-ZIF）包覆氧化锌（ZnO）的复合材料（ZnO@C-ZIF），该材料在240℃下对50 ppm乙醇气体响应值高达51.46，响应/恢复时间仅10 s/9 s，且在70%相对湿度（RH）下仍保持44.8的稳定响应。通过构建C-ZIF“气体捕获天线”和“疏水保护伞”双重功能层，有效解决了传统ZnO纳米片易堆叠、抗湿性差的问题，为高湿度环境（如工业监测、呼吸标志物检测）中乙醇气体的精准检测提供了新策略。

　　

Highlight

ZIFs衍生的多孔碳基气体传感器在潮湿环境中对有毒气体具有高响应性，展现出广阔的应用前景。本研究通过二维（2D）ZnO@ZIF-8多孔纳米片（PNSs）在碳化不充分条件下合成了一种多面体碳包覆ZnO复合材料（ZnO@C-ZIF），用于高效检测高湿度环境中的乙醇气体。

材料特性

与ZnO@ZIF-8相比，ZnO@C-ZIF气体传感器表现出卓越的乙醇传感性能：在240℃工作温度下对50 ppm乙醇的响应值达51.46，响应/恢复时间仅10秒/9秒。即使在28℃和70%相对湿度（RH）条件下，传感器仍保持44.8的响应值，且在1至35天的测试周期内响应值始终高于40，具有优异的长期稳定性。

机制解析

C-ZIF与ZnO之间的异质结通过促进乙醇分子吸附和碳框架内的电子迁移，显著提升了传感性能。这种增强归因于C-ZIF支撑/过滤层的形成：

1. 气体捕获“天线”：C-ZIF不仅增加了气体吸附活性位点，还抑制了纳米片堆叠；

2. 水分“保护伞”：互连的碳层形成防护罩，一定程度上隔离水分子干扰。

创新意义

本研究为高湿度环境下乙醇气体检测提供了新思路，其结构设计可推广至其他MOF衍生传感材料开发，在工业安全监测和智能传感领域具有潜在应用价值。

Conclusions

本研究以ZnO@ZIF-8为前驱体，通过氩气氛围热处理合成ZnO@C-ZIF复合材料。暴露的C-ZIF具有层状多孔结构，其优势包括：

1. 作为“气体捕获器”促进分子吸附与筛选；

2. 抑制ZnO聚集并形成p-n异质结，暴露更多活性位点。

（注：翻译部分严格保留专业术语如ZIF-8、PNSs等，并采用生命科学领域常见的拟人化表述如“天线”“保护伞”增强可读性，同时省略文献引用标记）