Kovalentní hybridy grafenu a MOF jsou účinné chemirezistivní senzory plynů
Detektory s rychlou odezvou, nízkými detekčními limity, vysokou selektivitou a citlivostí vůči oxidu uhličitému jsou důležité například pro zdravotní a bezpečnostní aplikace, v potravinářském průmyslu nebo pro monitorování kvality ovzduší uvnitř budov nebo v dolech. Mezinárodní tým vědců včetně zástupců CATRIN vyvinul hybridy grafenu a kovových organických sítí (MOF – Metal-Organic Framework) účinné jako chemirezistivní senzory plynů.
„Jednou z nejkritičtějších výzev při vývoji chemirezistivních senzorů oxidu uhličitého je vytvoření vhodných aktivních míst pro adsorpci/desorpci, kde vazba CO2 může vyvolat signál, například změnu elektrických parametrů,“ uvedl jeden z hlavních autorů práce Jayaram Kolleboyina.
Vědci vytvořili vhodná místa pro vazbu CO2 v MOF (metal-organic framework), což jsou krystalické porézní materiály tvořené pravidelnou sítí iontů propojených organickými spojkami. Samotné MOF však nejsou elektricky vodivé. Potřebnou vodivost dosáhli výzkumníci přípravou nanokompozitu MOF s kyselinou grafenovou, kterou před několika lety v RCPTM vyvinul tým vedený Michalem Otyepkou a Aristeidesem Bakandritsosem.
„Chemie fluorografenu, kterou rozvíjíme za podpory ERC grantu, nám umožnila přípravu grafenové kyseliny, což je vodivý derivát grafenu. Jde vlastně o organickou dvojrozměrnou kyselinu. Funguje také jako výborný templát pro vytváření nanokompozitů s MOFy,“ dodal Michal Otyepka.
Připravený materiál splňuje kritické parametry pro účinnou chemirezistivní detekci CO2. Má velkou plochu povrchu, hierarchickou porozitu, nese vhodná interakční místa pro vazbu CO2, je vodivý a vykazuje dobrou chemickou a tepelnou stabilitu. Kompozit může sloužit jako účinný chemirezistivní senzor CO2 s rychlou dobou regenerace, která je nejkratší mezi ostatními chemirezistivními senzory na bázi MOF. Výsledky výzkumu publikoval Journal of Materials Chemistry A.