Single-Atom Catalysts in Conductive Metal–Organic Frameworks: Enabling Reversible Gas Sensing at Room Temperature

材料科学 金属有机骨架 催化作用 纳米技术 导电体 Atom(片上系统) 化学工程 金属 化学物理 化学 有机化学 计算机科学 复合材料 物理化学 吸附 嵌入式系统 工程类 冶金
作者
Chungseong Park,Hamin Shin,Mingyu Jeon,Su‐Ho Cho,Jihan Kim,Il‐Doo Kim
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05815
摘要

Conductive metal–organic frameworks (cMOFs) offer high porosity and electrical conductivity simultaneously, making them ideal for application in chemiresistive sensors. Recently, incorporating foreign elements such as catalytic nanoparticles into cMOFs has become a typical strategy to enhance their sensing properties. However, this approach has led to critical challenges, such as pore blockage that impedes gas diffusion, as well as limited improvement in reversibility. Herein, single-atom catalyst (SAC)-functionalized cMOF is presented as a robust solution to the current limitations. Facile functionalization of SACs in a cMOF can be achieved through electrochemical deposition of metal precursors. As a proof of concept, a Pd SAC-functionalized cMOF is synthesized. The Pd SACs are stabilized at the interplanar sites of cMOF with Pd–N 4 coordination while preserving the porosity of the MOF matrix. Notably, the microenvironment created by Pd SACs prevents irreversible structural distortion of cMOFs and facilitates a reversible charge transfer with NO 2 . Consequently, the cMOF exhibits a fully recoverable NO 2 response, which was not previously attainable with the nanoparticle functionalization. Additionally, with the combination of preserved porosity for gas diffusion, it demonstrates the fastest level of response and recovery speed compared to other 2D-cMOFs of this class.
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