Recent progress on surface growth of two-dimensional covalent organic frameworks and their gas sensors

作者：Lei Sun, Junqi He, Dong Nie, Shiming Zhang, Dingguan Wang · 发表于：Chinese Science Bulletin (Chinese Version) · 年份：2026 · DOI：10.1360/csb-2025-5732 · 研究领域：Covalent Organic Framework Applications、Surface Chemistry and Catalysis、Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications

共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)作为一种新兴的多孔晶体材料，凭借其高比表面积、可调控的结构以及丰富的表面官能团，在气体传感领域展现出极大的优势。其中，二维 COFs（two-dimensional COFs,2D COFs）因具有单层或少层的片层结构，能够为气体分子提供快速扩散至活性位点的传输通道，进而有效提升传感器的响应速度、检测灵敏度与气体选择性，是极具发展潜力的气体传感候选材料。本文系统综述了近年来2D COFs在气体传感中的应用进展，重点讨论其可控合成策略与传感方式及影响生长的因素。文章首先介绍了2D COFs的合成方法，包括自上而下（如超声辅助剥离、机械剥离、化学剥离、自剥离、电化学策略）和自下而上（如表面合成、界面合成、外场辅助合成）策略，并分析了不同合成路径对材料形貌、结晶度及缺陷密度的影响。在此基础上，详细阐述了基于2D COFs的气体传感器工作机制，涵盖电容式、电阻式、荧光式、比色式及石英晶体微天平等多种传感模式，并结合典型实例说明其在检测爆炸物、有害气体、挥发性有机物等分析物方面的性能表现。深入探讨了COFs薄膜的单体浓度、基底选择、沉积速率、温度等生长参数对2D COFs的生长调控。最后阐述了2D COFs气体传感器的机遇与挑战，对未来室温传感与机器学习结合用于简化合成等方面进行了讨论。