科学岛团队开发新型MOF复合纳米纤维传感器 实现微量水分高灵敏检测
中国科学院合肥物质科学研究院固体研究所能源材料与器件制造研究部蒋长龙研究员团队在新型MOF复合纳米纤维传感器的设计与制备方面取得重要突破，成功实现了对痕量水分的高灵敏实时检测。研究成果以“Reversible Flexible Functional Metal-organic Frameworks Sensor with Artificial Intelligence Data Analysis for Real-time Trace Water Monitor”为题，发表于国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》（Chem. Eng. J., 2025, 526, 170841）。
在现代工业生产与环境监测中，对微量水分的精准检测至关重要，不仅关系到产品质量控制，也直接影响生产效率与资源节约。然而，由于ppb级以下水分信号极其微弱，且水分子具有强极性与吸附特性，使得传统传感器在响应速度和恢复性能上难以满足实时、连续检测的需求。此外，环境温度波动与复杂背景气体干扰，也对传感器的长期稳定性构成挑战，而高性能材料的制备成本高、工艺复杂，进一步限制了其大规模应用。
为解决上述问题，研究团队采用一步水热合成法，成功制备出具有双色荧光特性的MIL-101-NH2（Eu）金属有机框架（MOF）材料。该材料在痕量水分存在下能够显著改变荧光颜色，实现可视化检测。通过引入Eu3+离子与BDC-NH2配体，增强了材料的红光荧光发射，同时配体-水结构促进了激发态下的分子内电荷转移，从而抑制天线效应，展现出配体的蓝光荧光，提升了检测灵敏度。在此基础上，研究团队将该MOF材料与羧甲基纤维素复合，通过原位生长技术构建了MOFs@纤维素纳米纤维膜传感器。该传感器在痕量水分检测中表现出优异的灵敏度、快速响应能力与可视化特性，展现出良好的应用潜力。
与此同时，研究团队还将深度学习算法引入系统，以进一步优化传感器的检测精度与灵敏度，为智能传感系统的智能化升级提供新的技术路径。这项研究不仅为开发具有可调光学响应的功能纳米纤维传感器提供了可靠、环保且经济的解决方案，也为环境监测、智能穿戴设备及防伪技术等领域开辟了新的应用前景。
该研究的第一作者为项目副研究员林丹，通讯作者为蒋长龙研究员。研究工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及安徽省自然科学基金的资助。
图表展示
图1：镧系荧光MOF材料的合成路线及结构表征
图2：MOFs@纤维素荧光膜在药物储存、室内湿度监测及管道运输中的实际应用
图3：基于深度学习算法的智能识别系统
论文原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725116860
转载来源：https://www.hf.cas.cn/zhxw/jrtt/202512/t20251210_8025273.html