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MOF-Derived Mesoporous and Hierarchical Hollow-Structured In2O3-NiO Composites for Enhanced Triethylamine Sensing
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2021-09-02 , DOI: 10.1021/acssensors.1c01374
Qi Yu 1 , Rongrong Jin 1 , Liupeng Zhao 1 , Tianshuang Wang 2 , Fangmeng Liu 1 , Xu Yan 1 , Chenguang Wang 1 , Peng Sun 1 , Geyu Lu 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2021-09-02 , DOI: 10.1021/acssensors.1c01374
Qi Yu 1 , Rongrong Jin 1 , Liupeng Zhao 1 , Tianshuang Wang 2 , Fangmeng Liu 1 , Xu Yan 1 , Chenguang Wang 1 , Peng Sun 1 , Geyu Lu 1
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It remains a challenge to design and fabricate high-performance gas sensors using metal–organic framework (MOF)-derived metal oxide semiconductors (MOS) as sensing materials due to the structural damage during the annealing process. In this study, the mesoporous In2O3-NiO hollow spheres consisting of nanosheets were prepared via a solvothermal reaction and subsequent cation exchange. More importantly, the transformation of Ni-MOF into In/Ni-MOF through exchanging the Ni2+ ion with In3+ ion can prevent the destruction of the porous reticular skeleton and hierarchical structure of Ni-MOF during calcination. Thus, the mesoporous In2O3-NiO hollow composites possess high porosity and large specific surface area (55.5 m2 g–1), which can produce sufficient permeability pathways for volatile organic compound (VOCs) molecules, maximize the active sites, and enhance the capacity of VOC capture. The mesoporous In2O3-NiO-based sensors exhibit enhanced triethylamine (TEA) sensing performance (S = 33.9–100 ppm) with distinct selectivity, good long-term stability, and lower detection limit (500 ppb) at 200 °C. These results can be attributed to the mesoporous hollow hierarchical structure and p–n junction of In2O3-NiO. The preparation concept mentioned in this work may provide a versatile platform applicable to various mesoporous composite sensing material-based hollow structures.
中文翻译：
MOF 衍生的介孔和分层空心结构 In2O3-NiO 复合材料用于增强三乙胺传感
由于退火过程中的结构损坏，使用金属有机框架（MOF）衍生的金属氧化物半导体（MOS）作为传感材料设计和制造高性能气体传感器仍然是一个挑战。在这项研究中，通过溶剂热反应和随后的阳离子交换制备了由纳米片组成的介孔 In 2 O 3 -NiO 空心球。更重要的是，通过将Ni 2+离子与In 3+离子交换将Ni-MOF 转化为In/Ni-MOF可以防止Ni-MOF 在煅烧过程中多孔网状骨架和分级结构的破坏。因此，介孔 In 2 O 3-NiO中空复合材料具有高孔隙率和大比表面积（55.5 m 2 g –1），可为挥发性有机化合物（VOCs）分子提供足够的渗透途径，最大化活性位点，增强VOC捕获能力。基于介孔 In 2 O 3 -NiO 的传感器表现出增强的三乙胺 (TEA) 传感性能 ( S = 33.9–100 ppm)，具有独特的选择性、良好的长期稳定性和 200 °C 下的较低检测限 (500 ppb)。这些结果可归因于介孔中空分级结构和 In 2 O 3 的p-n 结-氧化镍。这项工作中提到的制备概念可以提供适用于各种介孔复合传感材料的中空结构的通用平台。
更新日期：2021-09-24
中文翻译：
MOF 衍生的介孔和分层空心结构 In2O3-NiO 复合材料用于增强三乙胺传感
由于退火过程中的结构损坏，使用金属有机框架（MOF）衍生的金属氧化物半导体（MOS）作为传感材料设计和制造高性能气体传感器仍然是一个挑战。在这项研究中，通过溶剂热反应和随后的阳离子交换制备了由纳米片组成的介孔 In 2 O 3 -NiO 空心球。更重要的是，通过将Ni 2+离子与In 3+离子交换将Ni-MOF 转化为In/Ni-MOF可以防止Ni-MOF 在煅烧过程中多孔网状骨架和分级结构的破坏。因此，介孔 In 2 O 3-NiO中空复合材料具有高孔隙率和大比表面积（55.5 m 2 g –1），可为挥发性有机化合物（VOCs）分子提供足够的渗透途径，最大化活性位点，增强VOC捕获能力。基于介孔 In 2 O 3 -NiO 的传感器表现出增强的三乙胺 (TEA) 传感性能 ( S = 33.9–100 ppm)，具有独特的选择性、良好的长期稳定性和 200 °C 下的较低检测限 (500 ppb)。这些结果可归因于介孔中空分级结构和 In 2 O 3 的p-n 结-氧化镍。这项工作中提到的制备概念可以提供适用于各种介孔复合传感材料的中空结构的通用平台。
京公网安备 11010802027423号