人类利用多孔材料的历史非常悠久，最早可以追溯到古埃及金字塔建造中大量使用的多孔木头，也包括现代社会大量使用的分子筛和活性炭。但是研究发现，在多孔膜材料参与的诸多异相反应体系中，例如电化学过程、异相催化、化学电阻传感等，两相界面传质（固-液、固-气等）往往受限于缓慢的分子扩散，导致界面传质效率较低。这主要归因于流体受到无滑移边界条件影响，在多孔材料表面对流速度趋于零，从而在多孔材料与流体之间形成边界层。如何打破这一边界层，提高界面传质效率一直是一个研究难题
近日，
德累斯顿工业大学
冯新亮院士
、山东大学
董人豪教授
、浙江大学
胡国庆教授
等团队合作，
一起发展了一种
“
分级结构加速界面动力学
”
策略
(hierarchical-structure-accelerated interfacial dynamic,简称HSAID)，不仅实现了分级多孔导电金属有机框架（conductive metal-organic frameworks，简称c-MOFs）膜材料表面气相物质的快速输运，而且基于该薄膜制备了具有超快氨气响应的化学电阻传感器件。
多孔材料表面之所以会产生边界层，深层次的原理是因为材料本征的低渗透性。如果找到一种方法能够有效提高多孔材料的渗透性，即有望打破这个边界层。研究人员设想把传统多孔薄膜做成分级空心结构，通过增加材料孔隙率，进而增加材料的渗透性。
图1. “分级结构加速界面动力学”策略。图片来源：
Nat. Commun.
研究人员发展了一种简便高效的分级空心结构制备策略。通过将三维绝缘的 MOF（ZIF-8、ZIF-67）作为前驱体，与π-共轭有机配体（六羟基联苯、八羟基钛菁）室温下反应，轻而易举的制备得到了分级空心导电c-MOF 薄膜材料。
图2. 分级空心c-MOFs制备策略。图片来源：
Nat. Commun.
一系列气体渗透性测试和流体动力学模拟表明，分级空心结构的引入使得c-MOF薄膜气体渗透性增加了8.4倍，从而提高了气体分子向薄膜材料表面运动速度，比传统块状薄膜高出7倍以上。与块体薄膜（通过水热法合成）相比，基于分级空心c-MOF薄膜的化学电阻氨气传感器响应速度提高了10倍。在室温下的响应时间仅为9.1 s，优于先前报道的化学电阻氨气传感器的响应速度（≥35 s）。
图3. 传感器性能。图片来源：
Nat. Commun.
该工作提供了一种通用的合成策略，用于构建分级空心多孔c-MOF纳米结构，不仅提高了界面物质传递，加速异相反应，也有望进一步应用于实现高性能器件。
https://www.x-mol.com/university/faculty/31110
https://faculty.sdu.edu.cn/dongrenhao1/zh_CN/index.htm
https://www.x-mol.com/university/faculty/304119
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--荐号--
参考文献：
Chuanhui Huang, Xinglong Shang, Xinyuan Zhou, Zhe Zhang, Xing Huang, Yang Lu, Mingchao Wang, Markus Löffler, Zhongquan Liao, Haoyuan Qi, Ute Kaiser, Dana Schwarz, Andreas Fery, Tie Wang, Stefan C. B. Mannsfeld, Guoqing Hu, Xinliang Feng & Renhao Dong, Hierarchical conductive metal-organic framework films enabling efficient interfacial mass transfer.
Nat. Commun.
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2023
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14
, 3850.
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