Underpinning the conductivity mechanism in wide bandgap metal organic framework through chemical sensing

可变距离跳频 等结构 化学物理 电导率 带隙 离子 金属 材料科学 无机化学 金属有机骨架 化学 物理化学 结晶学 光电子学 吸附 晶体结构 有机化学 冶金
作者
Nithin B Pulumati,Kusuma Urs MB,Sukhendu Mandal,Vinayak B. Kamble
出处
期刊:AIP Advances [American Institute of Physics]
卷期号:10 (8) 被引量:12
标识
DOI:10.1063/5.0014442
摘要

Metal organic frameworks are an emerging class of materials with a broad range of electronic properties with diverse applications such as sensors, catalysts, and permeable membranes. Here, three isostructural wide bandgap (WB) zeolitic imidazole frameworks (ZIFs) are synthesized having metal ion sites occupied by Zn (ZIF-8, Eg = 5.3 eV), Co (ZIF-67, Eg = 4.3 eV), and both Zn and Co (50%–50% mixture). The conductivity mechanism in these WB ZIFs involves the Mott variable range hopping of charge carriers from one metal site to the other. The hopping probability in the mixture is governed by the constitute having a lesser activation energy. Thus, it reveals that the incorporation of a different metal ion (Co in place of Zn) in the lattice forms a parallel low resistance path through hopping at Co sites and hence reduces the sensor response as well as selectivity toward ammonia. This parallel resistance path of the Co channel does not get affected by ammonia since it is found that ammonia has high affinity toward Zn ions and not toward Co ions. Thus, the incorporation of new metal ions hinders the hopping charge transport mechanisms in ZIFs.

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