Synergistic Etching and Hydrogen Bonding-Induced Self-Assembly of MXene/MOF Hybrid Aerogel for Flexible Room-Temperature Gas Sensing

气凝胶 材料科学 蚀刻(微加工) 纳米技术 氢 自组装 金属有机骨架 化学工程 化学 图层(电子) 吸附 有机化学 工程类
作者
Zhuo Liu,He Lv,Yuchi Zhang,Jian Wang He,Le Han,Shuang Li,Lin Yang,Yan Xu
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (7): 3641-3651 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c00745
摘要

Limited by insufficient active sites and restricted mechanical strength, designing reliable and wearable gas sensors with high activity and ductility remains a challenge for detecting hazardous gases. In this work, a thermally induced and solvent-assisted oxyanion etching strategy was implemented for selective pore opening in a rigid microporous Cu-based metal-organic framework (referred to as CuM). A conductive CuM/MXene aerogel was then self-assembled through cooperative hydrogen bonding interactions between the carbonyl oxygen atom in PVP grafted on the surface of defect-rich Cu-BTC and the surface functional hydroxyl group on MXene. A flexible NO2 sensing performance using the CuM/MXene aerogel hybridized sodium alginate hydrogel is finally achieved, demonstrating extraordinary sensitivity (S = 52.47 toward 50 ppm of NO2), good selectivity, and rapid response/recovery time (0.9/4.5 s) at room temperature. Compared with commercial sensors, the relative error is less than 7.7%, thereby exhibiting significant potential for application in monitoring toxic and harmful gases. This work not only provides insights for guiding rational synthesis of ideal structure models from MOF composites but also inspires the development of high-performance flexible gas sensors for potential multiscenario applications.
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