Synthesis and Humidity Sensing Performance of Copper-Containing Zero-Dimensional Supramolecular Complex
In this work, copper-containing zero-dimensional supramolecular complexes Cu-TP were prepared using a simple volatilization method using copper acetate, 3-thiophene malonic acid and 2,2'-bipyridyl as raw materials. The complex molecule contains abundant hydrogen bond acceptor atoms (N, O, and S) and crystalline water molecules, which are beneficial for adsorbing water molecules from the environment. An impedimetric humidity sensor was constructed using Cu-TP as the active layer, and its humidity-sensing characteristics were preliminarily explored. The results indicate that the humidity sensor based on Cu-TP exhibits good humidity sensing performance. When the relative humidity switches from 11% to 97%, its impedance decreases larger than three orders of magnitude.
Copper
湿度传感器已经在农业生产、自动控制、安全环保、智能家居等方面得到了广泛应用。湿度传感器的核心是湿敏材料，其特性直接决定了传感器性能的优劣。目前，主流湿敏材料主要包括电解质、有机物、陶瓷和半导体等
配合物是由金属离子与有机配体通过配位键构筑而成的晶态材料，具有组合丰富，结构多样，功能可调等优势，已经在催化、吸附、传感等领域取得了丰硕的研究成果
在本工作中，利用简便的室温挥发法制备了一例零维铜基超分子配合物。该配合物结构中丰富的氢键供体和受体位点揭示了其湿敏应用的可能性。湿敏性能测试证实了该配合物应用于湿度监测领域的广阔前景。
本文中，所用试剂均为分析纯，使用前未经过进一步的纯化。其中，一水合乙酸铜(Cu(OAc)2∙H2O)和无水乙醇由天津市江天统一科技有限公司提供，3-噻吩丙二酸(H2TMA)和2，2'-联吡啶(2，2'-bpy)均购于阿拉丁生化科技股份有限公司。
称取0.2450 g的Cu(OAc)2∙H2O (1.0 mmol)、0.1860 g的H2TMA (1.0 mmol)和0.1560 g的2，2'-bpy (1.0 mmol)加入到50 mL烧杯之中。向混合物中加入20 mL去离子水和30 mL无水乙醇，搅拌15 min至完全溶解。将溶液过滤，用保鲜膜封口(预留少许小孔方便溶剂挥发)并置于通风厨当中，在室温(25℃)下静置，12 h后即可得到透明的片状晶体(记为Cu-TP)。以Cu为基准计算所得晶体产物的产率大约为52%。
根据单晶结构解析结果
进而，该不对称单元以弱相互作用相互连接拓展为三维超分子结构，包括范德华力、氢键和π-π相互作用，见
如上所示，Cu-TP晶体结构中存在丰富的氢键和π-π相互作用位点，与环境中的水分子有较好的亲和作用，因此，测试了该配合物的湿敏行为。平面型湿度传感器件的组装方式如下：将Cu-TP晶体与
适量无水乙醇研磨成浆料，均匀涂覆在叉指电极表面，在50℃下干燥10 h，最后焊接两只银引脚。传感器的湿敏性能由CHS-1湿敏仪(北京艾立特公司)测定。测试条件为1 V，100 Hz，室温(25℃)。相对湿度(RH, Relative Humidity)由饱和盐溶液提供：LiCl (11%)和K2SO4(97%)
由上述结果得出，Cu-TP湿度传感器具有较好的湿敏性能，特别是较高的灵敏度，与部分经典MOF材料的性能相当甚至更好
本论文利用简单的室温挥发法制备了一例Cu-TP超分子配合物晶体。该配合物为铜中心的五配位零维结构，存在配位水和晶格水分子，通过氢键连接成稳定的三维超分子网络结构。受Cu-TP配合物结构特点的启发，探究了其感湿行为。在11%~97% RH范围内，Cu-TP湿度传感器的灵敏度超过三个数量级(S = 1.3 × 103)，响应时间和恢复时间分别为60 s和69 s。优异的综合湿敏性能展示了Cu-TP配合物应用于湿度检测和控制等相关场景的巨大潜力。
大学生创新创业计划项目(项目号：202310060045)。
*第一作者。
#通讯作者。