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金属有机框架包覆光纤中的纳米尺度光-物质相互作用

DOI：10.1039/C9NR09061D 期刊：Nanoscale 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 利用客体挥发性有机化合物蒸气与多孔金属-有机框架（蒸气-MOF相互作用）之间的主客体相互作用所引起的折射率（RI）变化，在光子蒸气传感器中具有广阔前景。因此，研究纳米多孔金属-有机框架（MOFs）中的光-物质相互作用，对于基于MOF的光子器件至关重要。本研究通过光纤器件展示了在MOFs中操控光以探究蒸气-MOF相互作用的方法，系统研究了蒸气-MOF相互作用及光-蒸气相互作用（利用MOFs中的光来感知蒸气-MOF相互作用导致的RI变化）。采用长周期光纤光栅（LPFG）激发包层模，在ZIF-8敏感涂层中实现消逝场传感。结合量子化学计算与光学模拟的实验结果表明：在蒸气-MOF相互作用过程中，ZIF-8内蒸气脱附的微观能量、RI变化与消逝场增强三者存在关联。由于RI变化异常显著，ZIF-8中包层模的消逝场得到极大增强，从而有效感知蒸气-MOF相互作用。作为概念验证，ZIF-8涂层的LPFG传感器在9.8-540 ppm线性范围内对乙醇蒸气的检测展现出1.33 pm ppm?1的高灵敏度。该研究为基于MOF的光波导/光纤传感器设计与制备提供了重要指导。
作者： Wanying Zhang，Ying Wang，Binghui Li，Ting Hao，Jieyun Wu，Youbin Zheng，Lianzhong Jiang，Kaixin Chen，Kin Seng Chiang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究纳米多孔金属-有机框架（MOFs）中的光-物质相互作用，以推动MOF材料在折射率（RI）基光子器件中的应用。

研究成果

该研究通过蒸汽-MOF相互作用和光-蒸汽相互作用，证明了金属有机框架（MOFs）中存在强烈的光-物质相互作用。ZIF-8因蒸汽吸附导致的折射率大幅变化显著增强了传感用的消逝场。涂覆ZIF-8的长周期光栅传感器对乙醇蒸汽表现出高灵敏度，为基于MOF的光子器件提供了指导方向。

研究不足

该研究聚焦于ZIF-8和有限种类的挥发性有机化合物，可能无法代表所有金属有机框架材料或蒸汽。传感器的灵敏度和选择性仍有进一步优化的空间。

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