MOF-derived xPd-NPs@ZnO porous nanocomposites for ultrasensitive ppb-level gas detection with photoexcitation: Design, diverse-scenario characterization, and mechanism

光激发 材料科学 纳米复合材料 多孔性 纳米技术 表征(材料科学) 纳米颗粒 超短脉冲 光电子学 化学工程 激发 光学 复合材料 工程类 激光器 电气工程 物理
作者
Peiyu Duan,Haowen Wang,Hongmin Zhou,Songlin Zhang,Xiangdong Meng,Qiangling Duan,Kaiqiang Jin,Jinhua Sun
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:660: 974-988 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.01.133
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have been regarded as a potential candidate with great application prospects in the field of gas sensing. Although plenty of previous efforts have been made to improve the sensitivity of MOF-based nanocomposites, it is still a great challenge to realize ultrafast and high selectivity to typical flammable gases in a wide range. Herein, porous xPd-NPs@ZnO were prepared by optimized heat treatment, which maintained the controllable morphology and high specific surface area of 471.08 m2g-1. The coupling effects of photoexcitation and thermal excitation on the gas-sensing properties of nanocomposites were systematically studied. An ultrafast high response of 88.37 % towards 200 ppm H2 was realized within 1.2 s by 5.0Pd-NPs@ZnO under UV photoexcitation. All xPd-NPs@ZnO exhibited favorable linearity over an extremely wide range (0.2-4000 ppm H2) of experimental tests, indicating the great potential in quantitative detection. The photoexcited carriers enabled the nanocomposites a considerable response at lower operating temperatures, which made diverse applications of the sensors. The mechanisms of high sensing performances and the photoexcitation enhancement were systematically explained by DFT calculations. This work provides a solid experimental foundation and theoretical basis for the design of controllable porous materials and novel photoexcited gas detection.
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