Development of Room Temperature-Operative Chemiresistive Sensors by MOF-on-MOF Multilay er Thin Films

利用 MOF-on-MOF 多层薄膜开发室温操作化学电阻传感器

基本信息

批准号：
18F18334
负责人：
北川進
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Yao氏と行なった本共同研究では、Yao氏が独自に開拓したSpray型LbL法を活用し、EC-MOF薄膜の上に更にMOFを積層させる多層積層型MOFケミレジスタ型ガスセンサを開発を行った。１年目の研究では、ケミレジスタ型ガスセンサの設計・組み立て、及び新規なEC-MOFの開拓を行った。従来、高伝導性が報告されてきた二次元シート構造のEC-MOFの系では、その合成の難しさのために、単一の配位子を用いた系しか報告がなくそのバリエーションに乏しかった。Yao氏は、混合配位子型とすることで、この系の物性のより幅広いチューニングが可能とすることに世界で初めて成功した。またケムレジスタ型ガスセンサシステムを作成し、新規EC-MOFが実際にケミレジスタ型ガスセンサとして高い特性を有することを確認した(Angew.Chem.Int. Ed. 59, 172-176, 2020)２年目の研究においては、EC-MOF薄膜の上に更にMOFを積層させる多層積層型MOFケミレジスタ型ガスセンサを開発を行った。EC-MOFをケムレジスタにおける活物質として使用することを考えたとき、その空隙率、柔軟性、導電性をバランスよく確保した上で、ガス・蒸気を選択的に吸着する絶縁性MOF(iMOF)との適切な組み合わせを探すことが重要となる。こうした材料設計をもとにEC-MOF/iMOF積層薄膜やiMOF/EC-MOF/iMOF積層薄膜の開発を行った。興味深いことに、実際にEC-MOF単体よりこうした積層状態にすることでガス・蒸気に対するセンサー応答性（電気抵抗応答）や選択性が大幅に向上する組み合わせがあることが判明した（J. Mater. Chem. A, 2020,8, 9085-9090/他二報投稿準備中）。

在与YAO进行的这项联合研究中，Yao开发了一种多层MOF Chemi-Register气体传感器，它利用YAO独立开发的喷雾型LBL方法将进一步的MOF堆叠在EC-MOF薄膜上。在研究的第一年中，我们设计和组装了化学抗性气体传感器，并开发了新的EC-MOF。在具有二维板结构的EC-MOF系统中，以前据报道，由于其合成的难度，仅报告了使用单个配体的系统，并且这种变化几乎没有任何变化。 Yao是世界上第一个成功使混合配体类型更广泛地调整该系统物理特性的人。此外，创建了一种化学抗化的气体传感器系统并确认，新的EC-MOF实际上具有化学抗性气体传感器的高特征（Angew。Chem。Int。Int。Int。Int。59，172-176，2020），这是一种多层MOF化学抗药性抗药性的汽油传感器。在考虑将EC-MOF用作化学寄存器中的活性材料时，重要的是要确保均衡的孔隙度，柔韧性和电导率，并找到与绝缘的MOF（IMOF）合适的组合，该组合有选择地吸附气体和蒸气。基于这种材料设计，我们开发了EC-MOF/IMOF层压薄膜和IMOF/EC-MOF/IMOF层压薄膜。有趣的是，已经发现，存在一种组合实际上可以通过将其放置在此堆叠状态下仅在EC-MOF上，从而提高了传感器的响应能力（电阻响应）和对气体和蒸汽的选择性（J.Mater。Chem。A，2020年8月，9085-9090/2其他报告的其他报告）。