Conductive Metallophthalocyanine Covalent Organic Frameworks Enable Humidity-Tolerant NO 2 Sensing

导电体 纳米技术 材料科学 共价键 电导率 金属 金属有机骨架 热传导 灵敏度(控制系统) 水准点(测量) 氧化物 共价有机骨架 密度泛函理论 极限(数学) 检出限 导电聚合物 生物传感器 工作(物理) 托换 钥匙(锁) 同种类的 电压 竞争性约束 生物相容性材料 质子 电荷(物理)
作者
Zhi-Fan Zhang,Xiaobin Ye,Jia Dong James Wang,Wen Ye,Jinghui He
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 1033-1040
标识
DOI:10.1021/acssensors.5c02698
摘要

Conductive metallophthalocyanine (MPc)-based covalent organic frameworks (COFs) synthesized via solid-state reactions provide a novel platform for high-performance gas sensing under real-world conditions. Among the series developed, PdPc exhibits exceptional chemiresistive properties for room-temperature NO2 detection, achieving a low experimental detection limit of 70 ppb, with long-term stability and outstanding selectivity. Notably, the PdPc sensor demonstrates higher response levels and prominent reversibility in high-humidity environments (≥54% RH), surpassing conventional metal oxide sensors. This enhanced performance is attributed to the material's intrinsic hydrophilicity and well-defined metal active sites, which promote proton conduction via hydrogen-bond networks under humidity conditions. Density functional theory calculations reveal strong binding affinity and significant charge transfer between PdPc and NO2, underpinning its high sensitivity and selectivity. This work introduces a generalizable strategy for designing humidity-tolerant, conductive COF sensors, establishing a new benchmark for reliable NO2 detection in challenging environments.
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