Fabry−Pérot(F-P)腔在光通信和光学信息处理方面具有重要意义，因为它们能够通过多次往返反射来配置小体积的电磁场。腔特征已广泛应用于光谱滤波器、光致发光修饰、纳米激光器和传感器中。F-P传感器是通过在反射器的一端面上附加一层薄而灵敏的膜片来形成外部干涉结构而构成的，敏感层决定了F-P腔的功能。

来自西北工业大学的学者报道了一种由纳米二氧化钛包裹的金属有机骨架(MOF)构成的F-P(Fabry−Pérot，F-P)腔，可以实现对化学物质的选择性传感。基于MOFS的F-P腔是通过逐层沉积的方法在科大一号薄膜片上连续喷镀TiO2制成的。通过调节大小和浓度可控的薄膜的厚度和折射率，可以在很大范围内调谐腔体的带宽。在HKUST-1⊃TiO2腔体上展示了对化学蒸气的选择性传感，这归因于二氧化钛表面羟基与特定含氧分析物之间的相互作用增强。此外，还进行了分子动力学模拟和红外吸收光谱表征，阐明了增强传感性能的机理。将尺寸较小的功能片均匀封装在MOF薄膜中，使其具有特殊的物理化学性质，有利于其在光通信和化学传感方面的器件应用。相关文章以“Metal–Organic Frameworks-Based Fabry−Pérot Cavity Encapsulated TiO2 Nanoparticles for Selective Chemical Sensing”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202109541

图2。通过在MOFS层中封装TiO2纳米颗粒来操纵基于MOFS的F-P腔的光学特性。a-c)基于MOF的F-P腔中TiO2纳米颗粒的大小依赖于光学性质：通过将不同尺寸的TiO2纳米颗粒封装到MOF薄膜中来调节F-P腔的光学厚度，线条表示MOF薄膜的线性厚度(a)、腔的折射率与光学厚度的关系，插图显示了HKUST-1⊃TiO2薄膜的折射率(b)、HKUST-1的反射光谱(c).

图3.通过监测反射变化对HKUST-1⊃TiO2腔的化学传感。a) HKUST-1⊃TiO2通过暴露在化学蒸气中的传感过程示意图。b)与纯氮气相比，HKUST-1⊃TiO2在乙醇蒸气中的传感性能随时间的变化。c)酒精感测过程中CIE色度图上相应的颜色变化。d)传感器暴露在饱和化学蒸气中时的反射波长偏移。

图4.在HKUST-1⊃TiO2基F-P腔上对丙酮的选择性传感。a)通过引入不同浓度的丙酮(以200ppm为增量)从0到1000ppm(以200ppm为增量)，对HKUST-1⊃TiO2基F-P腔的反射光谱进行了研究。b)在不同浓度的丙酮蒸气中，HKUST-1⊃TiO2基F-P腔平均能带反射的演化。c)波段波长和d)响应时间当暴露在不同浓度的丙酮蒸气中时，图c中的线性回归被用来表征HKUST-1⊃TiO2在较宽的丙酮浓度范围内的饱和度。

图5.氢键辅助的特异丙酮在MOFS基F-P腔上吸附的分子动力学模拟。a) HKUST-1和b) HKUST-1⊃TiO2暴露丙酮蒸气10 ns(绿色：Cu，蓝色：btc，灰色：C，橙色：Ti，红色：O，白色：H)的MD模拟快照。c)HKUST-1和d)HKUST-1⊃TiO2对丙酮分子的吸附容量随时间的变化。

综上所述，本文通过在HKUST-1薄膜中连续喷涂TiO2纳米颗粒，实现了对MOFs基F-P腔的选择性化学传感。基于MOFS的F-P腔具有稳定但可调谐的光学特性，并且可大规模重现。此外，本文还优化了以TiO2纳米粒子组合成HKUST-1薄膜的腔体配置，合理选择反射率变化作为传感信号，用于选择性传感评价。这项工作为如何操纵镶嵌TiO2的MOF与光腔之间的相互作用提供了关键的见解，这对于光通信和信息应用以及传感功能的修饰具有重要的意义。（文：SSC）

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