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新型納米材料助力VOCs超靈敏檢測(cè)

2020-08-24 11:50:27來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：VOCs閱讀量：2887

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是我國(guó)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(guó)大氣環(huán)境治理面對(duì)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(duì)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(cè)與監(jiān)測(cè)是VOCs治理的前提和基礎(chǔ)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)VOCs各類成分的測(cè)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(cè)。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(shí)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(jí)分散的次級(jí)金屬簇等特性不僅可以捕捉極微量的VOCs，還可以對(duì)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(duì)VOCs分子檢測(cè)限高和識(shí)別性差的問題。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與廣西大學(xué)合作的團(tuán)隊(duì)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(duì)VOCs分子具有吸附拉曼增強(qiáng)效應(yīng)，可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)甲苯(芳香類VOC)和丙酮(酮類VOC)到2.5 ppm和20 ppm的檢測(cè)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(shí)，對(duì)甲苯的檢測(cè)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(cè)，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(cè)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(zhǎng)吸附時(shí)間的方法下，對(duì)以上三種肺癌呼出標(biāo)記物有很高的檢測(cè)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(xiàng)新研究為VOCs檢測(cè)提供了一種多組分、超靈敏檢測(cè)方法，一旦投入實(shí)用，將在我國(guó)VOCs治理中發(fā)揮重要的作用，為我國(guó)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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