氢能作为风能、太阳能等可再生能源的储能形式，在使用过程中不会产生二氧化碳等温室气体，对于缓解全球变暖等气候问题具有重要意义。然而，氢气具有无色、无味的特点，爆炸极限范围宽（在空气中约4−75 vol%） ，且容易与金属发生氢脆反应。因此，为了保障氢能在大规模使用过程中的安全，急需一种可靠、经济、可以随时随地部署的氢气检测设备。目前市场上的氢气传感器多基于金属氧化物材料，存在体积大、柔性差、对环境敏感等局限性，难以灵活部署在管道和阀门等关键区域。
金属有机框架材料（MOF）具有丰富的活性位点与有序的孔道结构，被广泛应用于气体吸附、化学识别等领域。而石墨烯外延MOF（Epi-MOF）不仅保留了MOF的功能，还具有优异的柔性与高导电性，是用于构建兼具可靠检测与灵活部署能力的氢气传感器的最佳选择。
近日，复旦大学的孙正宗和李巧伟课题组在该领域的研究取得新进展，相关成果以“Epitaxial Metal–Organic Framework-Mediated Electron Relay for H2 Detection on Demand”为题发表于美国化学会杂志ACS Nano。
在研究中，团队在毫米晶畴石墨烯表面外延生长了25 nm厚的Ni-CAT-1，并进一步通过磁控溅射技术修饰了Pd纳米颗粒，最终获得了具有石墨烯、MOF、Pd三层结构的氢敏材料（Epi-MOF-Pd）。Epi-MOF-Pd不仅能够高灵敏（155%电阻变化）、快响应（12秒）地检测氢气，还具备优异的专一性、稳定性与柔性。
团队发现，处于Pd与石墨烯之间的MOF层在传递电子方面起到了中继作用，为电子提供了高效的转移通道，保证了Epi-MOF-Pd对氢气的高灵敏度和快速响应。在实际应用方面，Epi-MOF-Pd的纸基器件可以像“便利贴”一样部署在各种氢气阀门和管道的表面，通过无线与云监测平台实时通讯连接；亦可通过光刻加工高密度的器件阵列（3000个/cm2），具备按需部署和大规模生产的应用潜力。
作为新一代的氢气传感材料，Epi-MOF-Pd能够满足氢气泄漏监控平台的各方面需求，并有望成为覆盖氢能产业链中生产、存储、运输、使用等各种应用场景下安全监控的“哨兵”。
