IF 18.5！通过平面共轭酞菁调控二维钴-有机框架的dxy轨道能级用于自供电传感

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精确调控二维导电金属-有机框架（2D cMOF）中过渡金属中心的d轨道能级对于确定电子转移动力学和增强传感性能至关重要。本文展示了一种用平面π共轭酞菁（Pc）修饰的二维钴-MOF，作为纤维素基水凝胶中的高导电纳米填料，促进了超灵敏自供电传感系统的创建。Pc的π轨道与MOF纳米片的d轨道之间的强共轭作用提高了dxy轨道能级，促进了电子离域。结果，基于优化的2D MOF@Pc的导电水凝胶由于增强的电子转移动力学，实现了78 S m−1的最高电导率。此外，作为摩擦电纳米发电机、超级电容器和传感器模块的关键组件，组装的自供电传感微系统的整体性能得到了增强，灵敏度提高了75%。Pc、MOF和生物聚合物基质之间的配位效应还赋予了水凝胶出色的抗膨胀能力。此外，可穿戴智能传感器成功展示了其在水下跟踪生理数据和传输信息的能力。这项工作为解决2D cMOF纳米片在传感领域中固有的低导电性问题提供了一种渐进策略。

创新点

1. 通过平面π共轭酞菁（Pc）修饰，精确调控2D钴-MOF的dxy轨道能级，促进电子离域，显著提高电导率。

2. 基于2D MOF@Pc的导电水凝胶实现了78 S m−1的高电导率，为自供电传感系统提供了优异的导电性能。

3. 将2D MOF@Pc导电水凝胶集成到摩擦电纳米发电机、超级电容器和传感器模块中，显著提升了自供电传感系统的灵敏度和整体性能。

4. Pc、MOF和生物聚合物基质之间的配位效应赋予水凝胶出色的抗膨胀能力，增强了其稳定性和耐用性。

5. 开发了基于2D MOF@Pc的可穿戴智能传感器，能够在水下跟踪生理数据和传输信息，展示了其在复杂环境中的应用潜力。

科研工作启发

1. 通过π共轭分子修饰调控2D cMOF的d轨道能级，为其他过渡金属基材料的电子性质调控提供了新思路。

2. 基于2D MOF@Pc的高导电水凝胶为自供电传感系统提供了新的材料平台，推动了柔性电子器件的发展。

3. 将2D MOF@Pc导电水凝胶与摩擦电纳米发电机、超级电容器和传感器模块集成，展示了多功能传感系统的设计思路。

4. 基于2D MOF@Pc的可穿戴智能传感器在复杂环境中的应用，为可穿戴设备的设计提供了新的方向。

思路延伸

1. 探索其他过渡金属基2D cMOF在d轨道能级调控中的应用，以进一步扩展其功能和应用范围。

2. 开发兼具高导电性、抗膨胀性和生物相容性的多功能水凝胶，用于更广泛的应用场景。

3. 进一步优化基于2D MOF@Pc的自供电传感系统，实现更高灵敏度和更低能耗的传感性能。

4. 将基于2D MOF@Pc的可穿戴智能传感器应用于更多复杂环境，拓展其应用范围。

5. 将2D MOF@Pc导电水凝胶应用于生物医学领域，开发用于实时监测生理信号和药物递送的可穿戴设备。

6. 开发能够响应外部刺激的智能2D MOF@Pc材料，实现更精准的传感和控制。

在生物医学中的潜在应用

1. 基于2D MOF@Pc的可穿戴智能传感器可以用于实时监测心率、血压和体温等生理数据，为个性化医疗提供支持。

2. 利用2D MOF@Pc导电水凝胶的高导电性和生物相容性，开发用于药物递送的可穿戴设备，实现药物的精准释放和控制。

3. 将2D MOF@Pc导电水凝胶应用于组织工程，促进细胞生长和组织再生，开发新型生物材料。

4. 基于2D MOF@Pc的高导电水凝胶可以用于开发高灵敏度的生物传感器，用于实时监测生物标志物和生理信号。

5. 利用2D MOF@Pc的电子输运特性，开发用于神经接口的可穿戴设备，实现与生物神经系统的无缝连接。

6. 基于2D MOF@Pc的可穿戴智能传感器在水下环境中的应用，为水下作业人员的健康监测提供了新的工具。

Tuning the dxy Orbital Energy Level in 2D Cobalt-Organic-Framework via in-Plane Conjugated Phthalocyanine for Self-Powered Sensing

Adv. Funct. Mater. (IF 18.5)

Pub Date  : 2025-01-10

DOI : 10.1002/adfm.202418474

Jiaji Yue, Jian Du, Chao Li, Yehan Tao, Jinwen Hu, Jie Lu, Jinguang Hu, Haisong Wang

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