中国青年学者一作，最新Chem：新型智能纺织品问世——可同时检测、过滤并解毒有害气体

摘要：近日，达特茅斯学院Katherine A. Mirica、墨西哥国立自治大学Ilich A. Ibarra和意大利国家研究委员会化学与物理过程研究所Giovanni Barcaro合作成功开发出一种基于铜基金属有机框架（MOF）的多功能智能纺织品。该材料不仅能

近日，达特茅斯学院Katherine A. Mirica、墨西哥国立自治大学Ilich A. Ibarra和意大利国家研究委员会化学与物理过程研究所Giovanni Barcaro合作成功开发出一种基于铜基金属有机框架（MOF）的多功能智能纺织品。该材料不仅能实时检测环境中极低浓度的二氧化硫（SO₂），还可高效吸附并部分将其转化为低毒硫酸盐，为空气污染治理和个人防护提供了创新解决方案。相关论文以“Scalable templated fabrication of Cu-based MOF on textiles for simultaneous sensing, filtration, and detoxification of SO2”为题，发表在Chem期刊，第一作者为钟卓然。

技术突破：从实验室到大规模生产

研究团队采用一种可扩展的模板化制备方法，将导电MOF材料（Cu₃(HHTP)₂）集成到商业聚酯纺织品上，制备面积达10×10 cm²的柔性电子纺织品（e-textile）。通过两步反应——先将铜涂层转化为氢氧化铜模板，再与有机配体（HHTP）结合生成MOF，实现了材料的高效负载（5.05 mg/cm²）和均匀导电性（0.033–0.10 S/m）。这一方法突破了传统MOF制备工艺对设备与基材的限制，为大规模生产奠定了基础。

图1.使用两步模板法制备 Cu 3 (HHTP) 2 @textile，以便同时进行SO 2 的传感、过滤和解毒

图2.MOF/纺织复合材料的表征

多功能性能：传感、过滤与解毒三合一

该MOF-纺织品展现出卓越的综合性能：

1.超灵敏检测：在干燥氮气或空气中，对SO₂的检测极限低至0.43 ppm，远超美国职业安全与健康管理局（OSHA）规定的5 ppm安全阈值，可实时预警危险浓度。

图3. Cu 3 (HHTP) 2 @textile设备的化学电阻传感

2.高效吸附：MOF粉末的SO₂吸附容量达1.9 mmol/g，纺织品复合材料为0.83 mmol/g（1 bar，298 K），且在潮湿环境下吸附能力提升至0.26 mmol/g。

3.化学解毒：通过氧化还原反应，MOF将部分SO₂转化为固态硫酸盐，降低了毒性。光谱分析与计算模拟表明，此过程伴随铜离子（Cu²⁺→Cu⁺）的还原和硫酸根的形成。

图4. 材料-分析物相互作用的光谱研究

图5. 材料-分析物相互作用的理论计算和模拟

实际应用：智能口罩原型亮相

为验证实用性，团队将MOF-纺织品集成到KN95口罩中，制成可穿戴原型设备（图6B）。该口罩通过银导线连接传感电路，成功实现对80 ppm SO₂的三次循环检测（响应变化分别为50%、15%和14%），展示了其在个人防护装备（PPE）中的潜力。研究强调，未来需进一步评估材料的生物相容性，目前MOF层设计为外置传感器以避免皮肤接触。