Constructing 2D Porous ZnO Gas Sensors Based on Polyvinylpyrrolidone-Assisted Zn-MOF Nanosheets for NO2 Detection

聚乙烯吡咯烷酮 材料科学 多孔性 纳米技术 多孔介质 化学工程 高分子化学 复合材料 冶金 工程类
作者
Sibo Wang,Zhenlong Zhao,Lihua Jia,Xiangfeng Guo,Rui Yang,Qingfang Deng,Rong Sun
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (10): 5224-5233 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c01374
摘要

Two-dimensional (2D) ZnO nanomaterials are promising for gas sensing, because of their large surface area, abundant active sites, and rapid charge transfer. However, it is challenging to prepare 2D ZnO nanosheet gas sensors with high sensing performance, due to the tight interlayer stack and low adsorptive property of ZnO for NO2 molecules. Herein, we synthesized Zn-MOF nanosheets employing polyvinylpyrrolidone (PVP) as the structure-directing agent, further through pyrolysis of the Zn-MOF to obtain 2D ZnO nanosheet gas sensors. As anticipated, the 2D ZnO gas sensors exhibited high sensitivity and selectivity for NO2, and the optimal sample could achieve a response value of 162 at the working temperature of 160 °C, which is 10 times higher than that of pristine ZnO. Meanwhile, experimental and DFT results showed that PVP plays critical roles in the lateral lattice growth of 2D Zn-MOF nanosheets, while the existence of PVP makes the ZnO gas sensors with rich porous property and more oxygen vacancy after the pyrolysis process, which promoted the adsorption, activity, and surface reaction for NO2 molecules. It provides a new approach for the application of 2D ZnO nanosheets in the NO2 detection field.
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