Engineering defective organic–inorganic heterojunctions as an alternative approach to precious metal modification in ultrasensitive H2S gas detection at room temperature

异质结 材料科学 检出限 纳米技术 金属有机骨架 硫化氢 化学工程 金属 环境友好型 光电子学 化学 有机化学 色谱法 硫黄 吸附 工程类 冶金 生态学 生物
作者
Rongyang Kou,Zhen-Kun He,Junhan Li,Junjian Zhao,Yan‐Yan Song,Zhida Gao,Chenxi Zhao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:497: 154678-154678 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.154678
摘要

The detection of low-concentration hydrogen sulfide (H2S) under mild conditions is of high research value. In this work, a Z-scheme organic-inorganic interface heterojunction was successfully fabricated using a metal-organic frameworks (MOFs, UiO-66-NH2(Zr) used in this study)-modified TiO2 nanotube array (TiNT). Instead of the high-cost precious metal (PM) modification, defect engineering (DE) was employed to enhance the H2S sensing performance. As the band structure could trigger electron transfer to the surface of semiconductors via well-known "skin effects", the increasing number of surface electrons resulted in the generation of more O2– species and thus an enhanced gas sensing response. Benefitting from the amino groups in the mesoporous structure of Zr-MOF, the as-formed gas sensor showed a strong and specific response (31 at 10 ppm) and a sub-parts-per-billion detection limit (0.55 ppb) for H2S sensing, as well as a remarkable working stability (RSD<3.6 % for 30-day operation). Furthermore, the good mechanical stability, compact size, and more environmentally friendly power supply endow the proposed gas sensors with great application potential in important fields such as wearable devices.
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