近期，中國科學院合肥物質院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍研究員團隊在新型MOF復合納米纖維傳感器的設計制備及痕量水高靈敏實時檢測方面取得新進展，相關研究成果以“Reversible Flexible Functional Metal-organic Frameworks Sensor with Artificial Intelligence Data Analysis for Real-time Trace Water Monitor”為題發表在國際期刊Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 2025, 526, 170841) 上。

精準測量痕量水不僅是環境監測的關鍵環節，更是保障現代產業質量控管、提升生產效能的根本前提。發展高靈敏、快速響應的水分傳感器，對提升技術水平、保障質量安全、節約能源資源具有不可替代的重要價值。然而，在ppb級極低濃度下，水分子信號極其微弱，且其強極性與吸附性導致水分傳感器響應與恢復速度緩慢，難以滿足工業應用的快速、實時檢測的應用需求。同時，傳感器敏感材料易受環境溫度波動和復雜背景的交叉干擾，嚴重影響了長期測量的穩定性與準確性。此外，高性能傳感器敏感材料的制備工藝復雜、成本高昂，嚴重制約了水分傳感器的規模化應用。

鑒于此，研究團隊通過一步水熱合成策略，成功制備出具有內在雙色熒光特性的MIL-101-NH₂（Eu）金屬有機框架（MOF）材料，不僅有效避免了環境和其他有機溶劑的干擾，而且還可以觀察到痕量水引發的熒光顏色變化，從而實現可視化檢測。通過將鑭系金屬離子和 BDC-NH₂作為前驅體材料引入MOFs結構中，鑭系金屬離子（Eu³⁺）的特征紅熒光可以通過天線效應得到增強。配體-水結構有利于激發態下從給體單元到受體單元的分子內電荷轉移，削弱天線效應，從而顯示出配體的藍色熒光。因此，所制備的熒光傳感體系展現出較低的檢測限。在此基礎上，將該MOF材料與羧甲基纖維素相結合，通過原位生長方式構筑了一種高性能MOFs@纖維素納米纖維膜傳感器。該傳感器在水分檢測中表現出高靈敏度、可視化熒光檢測與快速響應能力，展現出廣泛的應用前景。

此外，研究團隊還融入了深度學習算法，進一步提升了檢測的準確度與靈敏度，為智能傳感系統的優化提供了新思路。相關研究工作為開發具有可調光學特性的功能化納米纖維傳感器提供了一種可靠、經濟、環保的新途徑，在環境監測、防偽技術與智能穿戴設備等領域展現出巨大的應用潛力。

項目副研究員林丹為論文第一作者，蔣長龍研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、安徽省自然科學基金的支持。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725116860

圖1.鑭系熒光MOF材料合成路線及表征

圖2. MOFs@纖維素熒光膜在固體藥物儲存、室內濕度監測及管道運輸中的應用展示

圖3. 基于深度學習的識別系統