A multi-platform sensor for selective and sensitive H2S monitoring: Three-dimensional macroporous ZnO encapsulated by MOFs with small Pt nanoparticles

材料科学 纳米颗粒 检出限 化学工程 基质(水族馆) 纳米技术 化学 选择性 分析化学(期刊) 催化作用 色谱法 生物化学 海洋学 地质学 工程类
作者
Qingqing Zhou,Lin Xu,Zitong Kan,Long Yang,Zhiyong Chang,Biao Dong,Xue Bai,Geyu Lu,Hongwei Song
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:426: 128075-128075 被引量:64
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.128075
摘要

The high-selectivity and high-sensitivity determination of trace concentrations of toxic gases is a major challenge when using semiconductor metal oxide (SMO) gas sensors in complicated real-world environments. In this study, by strategically combining a three-dimensional inverse opal (3DIO) macroporous ZnO substrate and a ZIF-8 outer filter membrane, two series of sensors with Pt NPs loaded at different locations are developed. In the optimal 3DIO ZnO@ZIF-8/Pt sensor, the existence of small Pt NPs in ZIF-8 cavities can effectively accelerate the absorption of H2S, capture electrons from the N site of ZIF-8, and donate the electron to the S site of H2S, as indicated by density functional theory simulations, leading to a significantly increased response to H2S. Together with the molecular-sieving effect that ZIF-8 exerts on gas molecules with larger kinetic diameters, the 3DIO ZnO@ZIF-8/Pt sensor exhibits a high response to H2S (118-5.5 ppm), a detection limit of 40 ppb, and importantly, a 59-fold higher selectivity to H2S against typical interference gases. In addition, the 3DIO ZnO@ZIF-8/Pt sensor is developed as a multi-platform sensor to evaluate trace concentrations of H2S in meat quality assessment, halitosis diagnosis, and automobile exhaust assessment.
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