Laser-Induced Metal–Organic Framework-Derived Flexible Electrodes for Electrochemical Sensing

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作者
Beatrice De Chiara,Fulvia Del Duca,Mian Zahid Hussain,Tim Kratky,Pritam Banerjee,Sarah V. Dummert,Ali Khoshouei,Nicolas Chanut,Peng Hu,George Al Boustani,Lukas Hiendlmeier,Joerg Ralf Jinschek,Rob Ameloot,Hendrik Dietz,Bernhard L. Wolfrum
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 3772-3784 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.4c18243
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The successful development of a metal–organic framework (MOF)-derived Co/Co 3 O 4 /C core–shell composite integrated into laser-induced graphitic (LIG) carbon electrodes for electrochemical sensing is reported. The sensors are fabricated via a direct laser scribing technique using a UV laser (355 nm wavelength) to induce the photothermolysis of rationally selected ZIF-67 into the LIG matrix. Electrochemical characterization reveals that the incorporation of the laser-scribed ZIF-67-derived composite on the electrode surface reduces the impedance more than 100 times compared with bare LIG sensors. Comprehensive morphological, structural, and chemical analyses confirm the formation of porous LIG from the laser irradiation of polyimide, while the LIG+ZIF-67-derived composites feature size-controlled and uniformly distributed Co/Co 3 O 4 core/shell nanoparticles (NPs) in the semihollow wasp-nest-like carbon matrix from photothermal decomposition of ZIF-67, embedded within the LIG electrode area. The high surface area and porosity of this ZIF-67-derived nitrogen-rich carbon facilitate charge transfer processes, whereas size-controlled Co/Co 3 O 4 core/shell NPs offer accessible electrochemical active sites, making these LIG+ZIF-67-derived composite-based sensors promising materials for applications requiring high charge injection capability and low electrode/electrolyte interface impedance. The PI+Z67 L sensor exhibited a 400 times higher specific capacitance (2.4 mF cm –2 ) compared to the PI L sensor (6 μF cm –2 ). This laser scribing approach enables the rapid and cost-effective fabrication of high-performance electrochemical sensors enhanced by the integration of tailored MOF-derived composites.
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