切り替え可能なガス検知を実現するJanus型COF薄膜を開発(Researchers Develop Janus COF Films for Switchable Gas Sensing)

2026-10-13 中国科学院(CAS)

中国科学院福建物質構造研究所の徐剛(Xu Gang)教授らの研究チームは、共有結合性有機構造体(COF)を積層した「ヤヌス型COF薄膜」を開発し、光照射による電荷移動を利用してガス検知の選択性を切り替える技術を実証した。研究では、構造の近い2種類のCOF(COF-366とCOF-366-OH)をサファイア基板上に成長させ、積層順序の異なる二層膜を作製した。異なるエネルギー準位を持つ層の界面に形成される電場によって、光で生じた電子と正孔が膜の反対側へ移動し、電荷分離と輸送が促進される。室温・可視光下で、一方の積層膜は二酸化窒素(NO₂)に対して1,263%の応答を示し、単一成分膜の約5.2倍に達した。逆順に積層した膜では、アンモニア(NH₃)への応答が132%となり、単一成分膜の約5.3倍に向上した。薄膜を反転させることで、酸化性ガスと還元性ガスに対する選択性を切り替えられる点が特徴である。本技術は、高感度ガスセンサーや光電子デバイスへの応用が期待される。

切り替え可能なガス検知を実現するJanus型COF薄膜を開発(Researchers Develop Janus COF Films for Switchable Gas Sensing)
Directed migration of photogenerated carriers at macroscopic scales (Image by Prof. XU Gang’s group)

<関連情報>

マクロスケールでの方向性キャリア移動を伴うヤヌス型共有結合性有機骨格膜を用いたスイッチング可能なガスセンシング Janus Covalent Organic Framework Films With Macroscopic Directional Carrier Migration for Switchable Gas Sensing

Yong-Jun Chen, Yi-Ming Xu, Zhi-Peng Luo, Guang-Ling Liang, Jiang-Feng Lu, Guan-E Wang, Shuang Wang, Gang Xu
Angewandte Chemie International Edition  Published: 21 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.2808034

ABSTRACT

Macroscopic directional migration of photogenerated carriers in covalent organic framework (COF)-based heterojunction films is typically hindered by random carrier diffusion and interfacial structural disorder. In this study, we report for the first time the construction of sequence-controlled Janus COF films from lattice-matched isoreticular COFs (COF-366/COF-366-OH). The intimate interfacial assembly and the energy-level offset induce a built-in electric field that drives electrons and holes to migrate directionally toward opposite sides across the entire film. This asymmetric charge distribution endows the two sides of the film with distinct redox activities, enabling switchable and highly sensitive detection of both oxidizing and reducing gases by simply flipping the film. Such a unique feature is unprecedented for a single film. Moreover, the response of Janus COF film surpasses that of single-component counterparts by 5.2-fold for NO2 and 5.3-fold for NH3. This work offers a general strategy for macroscopic directional carrier migration in COF films and paves a new route for advanced sensing materials.

0500化学一般
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