Near‐Zero Power MOF‐Based Sensors for NO2 Detection

材料科学 检出限 零排放 金属有机骨架 灵敏度(控制系统) 吸附 光电子学 纳米技术 化学工程 电气工程 电子工程 物理化学 数学 统计 工程类 化学
作者
Leo J. Small,Susan E. Henkelis,David Rademacher,Mara Schindelholz,James L. Krumhansl,Dayton J. Vogel,Tina M. Nenoff
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (50) 被引量:125
标识
DOI:10.1002/adfm.202006598
摘要

Abstract Detection and capture of toxic nitrogen oxides (NO x ) is important for emissions control of exhaust gases and general public health. The ability to directly electrically detect trace (0.5–5 ppm) NO 2 by a metal–organic framework (MOF)‐74‐based sensor at relatively low temperatures (50 °C) is demonstrated via changes in electrical properties of M‐MOF‐74, M = Co, Mg, Ni. The magnitude of the change is ordered Ni > Co > Mg and explained by each variant's NO 2 adsorption capacity and specific chemical interaction. Ni‐MOF‐74 provides the highest sensitivity to NO 2 ; a 725× decrease in resistance at 5 ppm NO 2 and detection limit <0.5 ppm, levels relevant for industry and public health. Furthermore, the Ni‐MOF‐74‐based sensor is selective to NO 2 over N 2 , SO 2 , and air. Linking this fundamental research with future technologies, the high impedance of MOF‐74 enables applications requiring a near‐zero power sensor or dosimeter, with the active material drawing <15 pW for a macroscale device 35 mm 2 with 0.8 mg MOF‐74. This represents a 10 4 –10 6 × decrease in power consumption compared to other MOF sensors and demonstrates the potential for MOFs as active components for long‐lived, near‐zero power chemical sensors in smart industrial systems and the internet of things.
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