مستشعر بخار البنزين المعزز حرارياً وحركياً المستند إلى Cu–TCPP–Cu MOF مع حد كشف منخفض للغاية

باعتبارها غازاً مسرطناً وذو سمية عصبية عالية، فإن بخار البنزين يصعب تمييزه في جو BTEX (البنزين، التولوين، الإيثيل بنزين، الزيلين) وكشفه في التركيزات المنخفضة بسبب خامله الكيميائي. هنا، نقوم بتطوير هيكل مسامي مرتبط بالعمق في Cu–TCPP–Cu لتعزيز حرارياً وحركياً امتصاص بخار البنزين وتحقيق كشف غاز البنزين عند درجات حرارة دون الصفر. نجد أن الطبيعة الإلكترونية في المستوى π والأحجام المناسبة للمسام في Cu–TCPP–Cu يمكن أن تحفز بشكل انتقائي امتصاص وانتشار BTEX. من المثير للاهتمام أن الحسابات النظرية (بما في ذلك نظرية الوظائف الكثافة (DFT) ومحاكاة مونت كارلو الكبيرة (GCMC)) تظهر أن جزيئات البنزين تفضل الامتصاص والتراصف كنمط ترتيب متتالي في مسام Cu–TCPP–Cu، بينما تهيمن مركبات TEX (التولوين، الإيثيل بنزين، الزيلين) على نموذج ترتيب القفز. يمكن أن تسمح الاختلافات في سلوك التوزيع بامتصاص وانتشار المزيد من جزيئات البنزين ضمن مساحة محدودة. علاوة على ذلك، فإن نطاق عمق المسام الأمثل (60–65 نانومتر) لـ Cu–TCPP–Cu يسمح بمزيد من تعرض المواقع النشطة ويعيق عملية حجب الغاز. يعرض المستشعر المحسن حساسية فائقة لبخار البنزين (155 هرتز/ميكروجرام@1 جزء في المليون)، وزمن استجابة سريع (أقل من 10 ثواني)، وحد كشف منخفض للغاية (65 جزء في البليون)، وانتقائية ممتازة (83%). توفر دراستنا بالتالي فهماً أساسياً لتصميم وتحسين مستشعرات الغاز المستندة إلى إطار العمل المعدني العضوي ثنائي الأبعاد (MOF).