Room Temperature Flexible Gas Sensor Based on MOF-Derived Porous Carbon Skeletons Loaded with ZnO Nanoparticles and DMF Detection

材料科学 多孔性 异质结 纳米颗粒 半导体 碳纤维 氧化物 介孔材料 纳米技术 化学工程 多孔介质 检出限 比表面积 微观结构 金属 纳米复合材料 选择性 纳米 氧化还原 宽禁带半导体 场效应晶体管 金属有机骨架 复合数
作者
Xiaoli Xu,Guorong Sun,Mengyu Wang,Hongtao Jiang,Wei Ma,Wangwang Liu,Zhihong Jin,Jiamin Zhu,Guoqing Chang,S.Y. Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (37): 52510-52521 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.5c12126
摘要

Overcoming the persistent challenges of high operating temperatures and poor selectivity in metal oxide semiconductor (MOS) gas sensors, this work enhances defect sites in the sensing material through heterostructure construction and builds mesoporous architectures using MOF-derived carbon skeletons as templates. The synergistic effects of multiple mechanisms significantly improve gas-sensing performance, successfully fabricating a ZnO/PCS flexible room-temperature gas sensor with exceptional room-temperature DMF detection capabilities. The nitrogen-containing porous carbon skeletons (PCSs) template shows a stable mesoporous microstructure with large pore volume. Further gas-sensitive investigations show that the ZnO/PCS flexible sensor presents high sensitivity (100 ppm of DMF, 68.06%), reduced response/recovery time (44 s/45 s), and low limit of detection (15.74 ppb) at room temperature (RT). In addition, the response decreases by only 5.65% after 200 bends, which proves the good flexible stability of the sensor. It is worth noting that hydrophobic PCSs also contribute to the good moisture resistance of the ZnO/PCS FRT sensor. The composite of ZnO and PCS porous carbon skeleton forms heterogeneous interfaces. The resulting ZnO/PCS heterostructure achieves remarkable characteristics: an ultrahigh specific surface area (214.86 m2 g-1), abundant oxygen vacancies (66.06%), and nitrogen-facilitated electron transfer-collectively enabling superior surface redox activity upon gas exposure. This work verifies a possible and facile strategy for the realization of FRT sensing metal oxide semiconductors by using MOF-derived PCSs, which may have great application potential in the field of flexible RT sensors.
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