Oxide/ZIF‐8 Hybrid Nanofiber Yarns: Heightened Surface Activity for Exceptional Chemiresistive Sensing

材料科学 纳米孔 静电纺丝 吸附 氧化物 沸石咪唑盐骨架 氧化铟锡 钝化 化学工程 选择性 纳米技术 氧化锡 薄膜 金属有机骨架 催化作用 复合材料 聚合物 有机化学 化学 冶金 工程类 图层(电子) 生物化学
作者
Dong‐Ha Kim,Sanggyu Chong,Chungseong Park,Jaewan Ahn,Ji‐Soo Jang,Jihan Kim,Il‐Doo Kim
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (10): e2105869-e2105869 被引量:88
标识
DOI:10.1002/adma.202105869
摘要

Abstract Though highly promising as powerful gas sensors, oxide semiconductor chemiresistors have low surface reactivity, which limits their selectivity, sensitivity, and reaction kinetics, particularly at room temperature (RT) operation. It is proposed that a hybrid design involving the nanostructuring of oxides and passivation with selective gas filtration layers can potentially overcome the issues with surface activity. Herein, unique bi‐stacked heterogeneous layers are introduced; that is, nanostructured oxides covered by conformal nanoporous gas filters, on ultrahigh‐density nanofiber (NF) yarns via sputter deposition with indium tin oxide (ITO) and subsequent self‐assembly of zeolitic imidazolate framework (ZIF‐8) nanocrystals. The NF yarn composed of ZIF‐8‐coated ITO films can offer heightened surface activity at RT because of high porosity, large surface area, and effective screening of interfering gases. As a case study, the hybrid sensor demonstrated remarkable sensing performances characterized by high NO selectivity, fast response/recovery kinetics (>60‐fold improvement), and large responses (12.8‐fold improvement @ 1 ppm) in comparison with pristine yarn@ITO, especially under highly humid conditions. Molecular modeling reveals an increased penetration ratio of NO over O 2 to the ITO surface, indicating that NO oxidation is reliably prevented and that the secondary adsorption sites provided by the ZIF‐8 facilitate the adsorption/desorption of NO, both to and from ITO.
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