氫能作為風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的儲(chǔ)能形式，在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，對(duì)于緩解全球變暖等氣候問(wèn)題具有重要意義。然而，氫氣具有無(wú)色、無(wú)味的特點(diǎn)，爆炸極限范圍寬（在空氣中約4?75vol%） ，且容易與金屬發(fā)生氫脆反應(yīng)。因此，為了保障氫能在大規(guī)模使用過(guò)程中的安全，急需一種可靠、經(jīng)濟(jì)、可以隨時(shí)隨地部署的氫氣檢測(cè)設(shè)備。目前市場(chǎng)上的氫氣傳感器多基于金屬氧化物材料，存在體積大、柔性差、對(duì)環(huán)境敏感等局限性，難以靈活部署在管道和閥門等關(guān)鍵區(qū)域。

金屬有機(jī)框架材料（MOF）具有豐富的活性位點(diǎn)與有序的孔道結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于氣體吸附、化學(xué)識(shí)別等領(lǐng)域。而石墨烯外延MOF（Epi-MOF）不僅保留了MOF的功能，還具有優(yōu)異的柔性與高導(dǎo)電性，是用于構(gòu)建兼具可靠檢測(cè)與靈活部署能力的氫氣傳感器的最佳選擇。

TOC: MOF作為電子中繼層促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移與基于外延MOF的氫檢測(cè)器件

近日，復(fù)旦大學(xué)的孫正宗和李巧偉課題組在毫米晶疇石墨烯表面外延生長(zhǎng)了25nm厚的Ni-CAT-1，并進(jìn)一步通過(guò)磁控濺射技術(shù)修飾了Pd納米顆粒，最終獲得了具有石墨烯、MOF、Pd三層結(jié)構(gòu)的氫敏材料（Epi-MOF-Pd）。Epi-MOF-Pd不僅能夠高靈敏（155%電阻變化）、快響應(yīng)（12秒）地檢測(cè)氫氣，還具備優(yōu)異的專一性、穩(wěn)定性與柔性。作者發(fā)現(xiàn)，處于Pd與石墨烯之間的MOF層在傳遞電子方面起到了中繼作用，為電子提供了高效的轉(zhuǎn)移通道，保證了Epi-MOF-Pd對(duì)氫氣的高靈敏度和快速響應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用方面，Epi-MOF-Pd的紙基器件可以像“便利貼”一樣部署在各種氫氣閥門和管道的表面，通過(guò)無(wú)線與云監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)通訊連接；亦可通過(guò)光刻加工高密度的器件陣列（3000個(gè)/cm2），具備按需部署和大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用潛力。作為新一代的氫氣傳感材料，Epi-MOF-Pd能夠滿足氫氣泄漏監(jiān)控平臺(tái)的各方面需求，并有望成為覆蓋氫能產(chǎn)業(yè)鏈中生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用等各種應(yīng)用場(chǎng)景下安全監(jiān)控的“哨兵”。

這一研究成果以“Epitaxial Metal–Organic Framework-Mediated Electron Relay for H2 Detection on Demand”（可點(diǎn)擊“閱讀原文”獲?。轭}發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志ACS Nano。碩士生袁賽霖為第一作者，微電子學(xué)院孫正宗教授和化學(xué)系李巧偉教授為該工作的共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、復(fù)旦大學(xué)義烏研究院項(xiàng)目和復(fù)旦大學(xué)-龍星合作項(xiàng)目的支持。